1

Vaacuteclav Pazdera Jan Diviš Jan Nohyacutel

Měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier

Pracovniacute listy SEXTA pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia

Fyzika na sceacuteně - exploratorium pro žaacuteky zaacutekladniacutech a středniacutech škol

reg č CZ1071104030042

2

3

Obsah 6 SEXTA 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita 5

62 Taacuteniacute kostek ledu 11

63 Teplota Relaxačniacute doba 19

64 Izotermickyacute děj 25

65 Izochorickyacute děj 31

66 Povrchovaacute siacutela 37

67 Mechanickyacute oscilaacutetor 41

68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu 49

69 Kyvadlo 57

610 Vlněniacute 63

611 Složeneacute kmitaacuteniacute 69

612 Přeměny energie 77

613 Zdroje zvuku 81

614 Rychlost zvuku 89

615 Interference vlněniacute 91 616 Hlasitost 93 617 Chladniho obrazce 97 618 Dopplerův jev 105

Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute

4

Uacutevod

Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute

Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů

Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho gymnaacutezia

a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy

U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute

Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob vypracovaacuteniacute

(vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes

vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC

Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů

Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute

Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech

vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera

5

Molekulovaacute fyzika a termika

61 MĚRNAacute TEPELNAacute KAPACITA

Fyzikaacutelniacute princip Při tepelneacute vyacuteměně mezi dvěma tělesy platiacute kalorimetrickaacute rovnice ve tvaru

c1m1(t1 - t) = c2m2(t - t2) + Ck (t ndash t2) kde m1 je hmotnost teplejšiacuteho tělesa c1 měrnaacute tepelnaacute kapacita teplejšiacute laacutetky t1 počaacutetečniacute teplota teplejšiacuteho tělesa m2 hmotnost kapaliny v kalorimetru c2 měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny t2 počaacutetečniacute teplota kapaliny t vyacuteslednaacute teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu a Ck tepelnaacute kapacita kalorimetru Ciacutel Určit měrnou tepelnou kapacitu c1 daneacuteho kovu Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA digitaacutelniacute vaacutehy kalorimetr kovovaacute zaacutevažiacute

Scheacutema

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

2

3

Obsah 6 SEXTA 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita 5

62 Taacuteniacute kostek ledu 11

63 Teplota Relaxačniacute doba 19

64 Izotermickyacute děj 25

65 Izochorickyacute děj 31

66 Povrchovaacute siacutela 37

67 Mechanickyacute oscilaacutetor 41

68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu 49

69 Kyvadlo 57

610 Vlněniacute 63

611 Složeneacute kmitaacuteniacute 69

612 Přeměny energie 77

613 Zdroje zvuku 81

614 Rychlost zvuku 89

615 Interference vlněniacute 91 616 Hlasitost 93 617 Chladniho obrazce 97 618 Dopplerův jev 105

Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute

4

Uacutevod

Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute

Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů

Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho gymnaacutezia

a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy

U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute

Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob vypracovaacuteniacute

(vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes

vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC

Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů

Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute

Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech

vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera

5

Molekulovaacute fyzika a termika

61 MĚRNAacute TEPELNAacute KAPACITA

Fyzikaacutelniacute princip Při tepelneacute vyacuteměně mezi dvěma tělesy platiacute kalorimetrickaacute rovnice ve tvaru

c1m1(t1 - t) = c2m2(t - t2) + Ck (t ndash t2) kde m1 je hmotnost teplejšiacuteho tělesa c1 měrnaacute tepelnaacute kapacita teplejšiacute laacutetky t1 počaacutetečniacute teplota teplejšiacuteho tělesa m2 hmotnost kapaliny v kalorimetru c2 měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny t2 počaacutetečniacute teplota kapaliny t vyacuteslednaacute teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu a Ck tepelnaacute kapacita kalorimetru Ciacutel Určit měrnou tepelnou kapacitu c1 daneacuteho kovu Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA digitaacutelniacute vaacutehy kalorimetr kovovaacute zaacutevažiacute

Scheacutema

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

3

Obsah 6 SEXTA 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita 5

62 Taacuteniacute kostek ledu 11

63 Teplota Relaxačniacute doba 19

64 Izotermickyacute děj 25

65 Izochorickyacute děj 31

66 Povrchovaacute siacutela 37

67 Mechanickyacute oscilaacutetor 41

68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu 49

69 Kyvadlo 57

610 Vlněniacute 63

611 Složeneacute kmitaacuteniacute 69

612 Přeměny energie 77

613 Zdroje zvuku 81

614 Rychlost zvuku 89

615 Interference vlněniacute 91 616 Hlasitost 93 617 Chladniho obrazce 97 618 Dopplerův jev 105

Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute

4

Uacutevod

Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute

Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů

Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho gymnaacutezia

a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy

U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute

Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob vypracovaacuteniacute

(vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes

vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC

Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů

Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute

Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech

vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera

5

Molekulovaacute fyzika a termika

61 MĚRNAacute TEPELNAacute KAPACITA

Fyzikaacutelniacute princip Při tepelneacute vyacuteměně mezi dvěma tělesy platiacute kalorimetrickaacute rovnice ve tvaru

c1m1(t1 - t) = c2m2(t - t2) + Ck (t ndash t2) kde m1 je hmotnost teplejšiacuteho tělesa c1 měrnaacute tepelnaacute kapacita teplejšiacute laacutetky t1 počaacutetečniacute teplota teplejšiacuteho tělesa m2 hmotnost kapaliny v kalorimetru c2 měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny t2 počaacutetečniacute teplota kapaliny t vyacuteslednaacute teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu a Ck tepelnaacute kapacita kalorimetru Ciacutel Určit měrnou tepelnou kapacitu c1 daneacuteho kovu Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA digitaacutelniacute vaacutehy kalorimetr kovovaacute zaacutevažiacute

Scheacutema

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

4

Uacutevod

Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute

Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů

Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho gymnaacutezia

a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy

U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute

Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob vypracovaacuteniacute

(vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes

vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC

Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů

Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute

Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech

vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera

5

Molekulovaacute fyzika a termika

61 MĚRNAacute TEPELNAacute KAPACITA

Fyzikaacutelniacute princip Při tepelneacute vyacuteměně mezi dvěma tělesy platiacute kalorimetrickaacute rovnice ve tvaru

c1m1(t1 - t) = c2m2(t - t2) + Ck (t ndash t2) kde m1 je hmotnost teplejšiacuteho tělesa c1 měrnaacute tepelnaacute kapacita teplejšiacute laacutetky t1 počaacutetečniacute teplota teplejšiacuteho tělesa m2 hmotnost kapaliny v kalorimetru c2 měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny t2 počaacutetečniacute teplota kapaliny t vyacuteslednaacute teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu a Ck tepelnaacute kapacita kalorimetru Ciacutel Určit měrnou tepelnou kapacitu c1 daneacuteho kovu Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA digitaacutelniacute vaacutehy kalorimetr kovovaacute zaacutevažiacute

Scheacutema

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

5

Molekulovaacute fyzika a termika

61 MĚRNAacute TEPELNAacute KAPACITA

Fyzikaacutelniacute princip Při tepelneacute vyacuteměně mezi dvěma tělesy platiacute kalorimetrickaacute rovnice ve tvaru

c1m1(t1 - t) = c2m2(t - t2) + Ck (t ndash t2) kde m1 je hmotnost teplejšiacuteho tělesa c1 měrnaacute tepelnaacute kapacita teplejšiacute laacutetky t1 počaacutetečniacute teplota teplejšiacuteho tělesa m2 hmotnost kapaliny v kalorimetru c2 měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny t2 počaacutetečniacute teplota kapaliny t vyacuteslednaacute teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu a Ck tepelnaacute kapacita kalorimetru Ciacutel Určit měrnou tepelnou kapacitu c1 daneacuteho kovu Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA digitaacutelniacute vaacutehy kalorimetr kovovaacute zaacutevažiacute

Scheacutema

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

6

Postup

1 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Určiacuteme hmotnost kovoveacuteho zaacutevažiacute Do hrnce s vodou na vařiči vložiacuteme teploměr a na haacuteček zavěsiacuteme kovoveacute zaacutevažiacute ponořeneacute ve vodě ndash viz scheacutema Začneme ohřiacutevat

2 Určiacuteme hmotnost vnitřniacute naacutedoby kalorimetru s miacutechačkou Daacutele určiacuteme tepelnou kapacitu vnitřniacute naacutedoby kalorimetru Ck = ck middot mk

3 Do kalorimetru nachystaacuteme přibližně 100 ml studeneacute vody Do vody vložiacuteme druhyacute teploměr Teploměry můžeme upevnit do stojanů

4 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 180 s Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

5 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose y zvoliacuteme zobrazovaacuteniacute obou teplot a na vodorovneacute ose x ponechaacuteme čas

6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Přeložiacuteme teploměr a kovoveacute těleso z naacutedoby s horkou vodou do kalorimetru se studenou vodou a počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav

7 Ukončiacuteme měřeniacute 8 Z grafů odečteme teploty před tepelnou vyacuteměnou (t1 a t2) a po tepelneacute vyacuteměně (t) 9 Vypočiacutetaacuteme měrnou tepelnou kapacitu kovoveacuteho tělesa c1

)()()(

1

2221 ttm

ttCmcc k

10 Porovnaacuteme vyacutesledneacute hodnotu s hodnotou v tabulkaacutech 11 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno 2 Zkus stejneacute měřeniacute pro těleso z jineacute laacutetky (mosaznyacute vaacuteleček železnyacute vaacuteleček hliniacutekovyacute

vaacutelečekhellip)

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

7

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = helliphelliphelliphellip JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = helliphelliphelliphellip kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = helliphelliphelliphellip kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = helliphelliphelliphellip Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = helliphelliphelliphellip degC - počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = helliphelliphelliphellip degC

- teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = helliphelliphelliphellip degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

8

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

9

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 61 Měrnaacute tepelnaacute kapacita Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

- hmotnost vnitřniacute naacutedoby s miacutechačkou hellip mk = 0042 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip ck = 896 Jmiddotkg-1middotK-1

- tepelnaacute kapacita kalorimetru hellip Ck = ck middot mk = 37632 JmiddotK-1 - hmotnost tělesa hellip m1 = 0035 kg

- hmotnost kapaliny v kalorimetru hellip m2 = 011 kg - měrnaacute tepelnaacute kapacita kapaliny hellip c2 = 4180 Jmiddotkg-1middotK-1

- počaacutetečniacute teplota tělesa hellip t1 = 844 degC

- počaacutetečniacute teplota kapaliny hellip t2 = 245 degC - teplota po dosaženiacute rovnovaacutežneacuteho stavu hellip t = 279 degC

- měrnaacute tepelnaacute kapacita tělesa hellip

111 KkgJ855c

5560350436371104180

)()()(

11

2221 ttm

ttCmcc k

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

10

Porovnaacuteniacute s tabulkovou hodnotou + zaacutevěr

Těleso je vyrobeno z hliniacuteku Měrnaacute tepelnaacute kapacita hliniacuteku uvedenaacute v tabulkaacutech maacute velikost 896 Jmiddotkg-1middotK-1

Našiacutem měřeniacutem jsme zjistili že těleso maacute měrnou tepelnou kapacitu 855 Jmiddotkg-1middotK-1

Proč měřeniacute nevychaacuteziacute uacuteplně přesně Čiacutem je to způsobeno Drobnaacute nepřesnost měřeniacute je způsobena tepelnyacutemi ztraacutetami K těmto ztraacutetaacutem dochaacuteziacute při přesunu tělesa do kalorimetru a takeacute dochaacuteziacute k tepelneacute vyacuteměně mezi kalorimetrem a okoliacutem

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

11

Molekulovaacute fyzika a termika 62 TAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Taacuteniacutem rozumiacuteme změnu pevneacuteho skupenstviacute na skupenstviacute kapalneacute Ciacutel Uskutečnit taacuteniacute a pochopit děje ktereacute probiacutehajiacute v okolniacute kapalině při taacuteniacute pevneacuteho tělesa Pomůcky LabQuest dva teploměry TMP-BTA dva teploměry STS-BTA digitaacutelniacute vaacutehy dva stejneacute kusy ledu dvě PET naacutedoby držaacuteky sůl

Scheacutema

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

12

Postup

1 Připojiacuteme prvniacute teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhyacute teploměr STS-BTA do vstupu

CH2 LabQuestu Prvniacutem budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhyacutem teplotu u dna Podobně použijeme třetiacute teploměr TMP-BTA a čtvrtyacute teploměr STS-BTA připojiacuteme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druheacute naacutedobě u hladiny a u dna (viz scheacutema) Do prvniacute naacutedoby nasypeme 100 g soli

2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 800 s Frekvence 1 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu

3 Zvoliacuteme okno Graf 4 Nechaacuteme žaacuteky odhadnout vyacutesledek experimentu 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Do obou naacutedob vložiacuteme dva stejneacute 100

g kusy ledu ktereacute jsme si předem nachystali 6 Nechaacuteme v klidu proběhnout měřeniacute

7 Z grafů odečteme teploty na začaacutetku taacuteniacute a po 800 sekundaacutech taacuteniacute u hladiny a u dna 8 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna 2 Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny 3 Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

13

4 Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji 5 Zkus zopakovat pokus s obarvenyacutemi kostkami ledu potravinaacuteřskyacutem barvivem

6 Miacutesto soli zkus použiacutet cukr Bude to miacutet vliv na vyacutesledek

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

14

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

15

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip degC - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip degC Zaacutevěr

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

16

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

17

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 62 Taacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) ve slaneacutem roztoku

- teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (červenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (modraacute křivka)

Rozpouštěniacute kostky ledu (z neslaneacute vody) v neslaneacutem roztoku - teplota kapaliny na konci měřeniacute u hladinyhelliphellip (zelenaacute křivka) - teplota kapaliny na konci měřeniacute u dnahelliphellip (žlutaacute křivka)

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

18

Zaacutevěr Kostka ledu se ve slaneacute vodě rozpouštiacute pomaleji

a) Proč je v naacutedobě se soliacute na konci měřeniacute teplejšiacute voda u dna Slanaacute teplaacute voda maacute většiacute hustotu než studenaacute slanaacute voda

b) Proč je v naacutedobě s vodou na konci měřeniacute teplejšiacute voda u hladiny Obyčejnaacute teplaacute voda maacute menšiacute hustotu než voda studenaacute

c) Proč v naacutedobě se soliacute taacuteniacute probiacutehaacute pomaleji Studenaacute slanaacute voda se držiacute u hladiny a teplaacute slanaacute voda klesaacute ke dnu protože maacute většiacute hustotu

d) Proč v naacutedobě s vodou taacuteniacute probiacutehaacute rychleji Obyčejnaacute teplaacute voda se držiacute u hladiny a studenaacute klesaacute ke dnu protože hustota studeneacute vody je většiacute

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

19

Molekulovaacute fyzika a termika

63 TEPLOTA RELAXAČNIacute DOBA

Fyzikaacutelniacute princip Teplota je fyzikaacutelniacute veličina t kterou použiacutevaacuteme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů) Jednotkou je Celsiův stupeň (degC) Teplota tajiacuteciacuteho ledu je 0 degC Bod varu vody je 100 degC Stupeň Fahrenheita (degF) je jednotka teploty pojmenovanaacute po německeacutem fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi Dnes se použiacutevaacute hlavně v USA

Teplotu měřiacuteme teploměrem Každyacute teploměr maacute svoji relaxačniacute dobu - doba kteraacute charakterizuje za jak dlouho teploměr dosaacutehne rovnovaacutežneacuteho stavu ndash měřeneacute teploty Ciacutel Určit relaxačniacute dobu daneacuteho teploměru Pomůcky LabQuest teploměr TMP-BTA teploměr STS-BTA PET laacutehev

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

20

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme teploměr STS-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Do několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a

u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice 3 Zapneme LabQuest a můžeme měřit teplotu Nejdřiacuteve zkusiacuteme odhadnout teplotu a potom

ověřiacuteme pomociacute teploměru teplotu různyacutech těles a) vzduch v miacutestnosti (u podlahy uprostřed u stropu) b) vzduch na ulici c) teplaacute voda d) studenaacute voda e) horkaacute voda f) tajiacuteciacute led g) tajiacuteciacute led a sůl h) vařiacuteciacute voda i) teplota lidskeacuteho těla j) teplota v chladničce (dole nahoře v mraziciacutem boxu) k)

4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 2 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s

5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a vložiacuteme teploměr do naacutedoby s horkou

vodou Provedeme analyacutezu grafu O jakou funkci se jednaacute Určiacuteme relaxačniacute dobu 7 Připojiacuteme teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Zopakujeme body 4 až 6

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme jinyacute teploměr 2 Změniacute se relaxačniacute doba pro většiacute teplotniacute rozsah Ověř měřeniacutem 3 Zapiš rovnici růstu a poklesu teploty při ohřiacutevaacuteniacute teploměru a při ochlazovaacuteniacute teploměru

Jakaacute je to funkce

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

21

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Teploměr TMP-BTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

22

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je helliphelliphelliphelliphelliphellip s

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

23

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 63 Teplota Relaxačniacute doba Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

Teploměr STS-BTA

Teploměr TMP-BTA

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

24

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr zahřiacutevaacute

Při zahřiacutevaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o funkci xAy

O jakou funkci se jednaacute pokud se teploměr ochlazuje Při ochlazovaacuteniacute teploměru se jednaacute přibližně o exponenciaacutelniacute funkci Relaxačniacute doba teploměru STS-BTA je 35 s Relaxačniacute doba teploměru TMP-BTA je 18 s

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

25

Molekulovaacute fyzika a termika

64 IZOTERMICKYacute DĚJ (ZAacuteKON BOYLŮV-MARIOTTŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izotermickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu nepřiacutemo uacuteměrnyacute jeho objemu pmiddotV = konst (Boylův-Mariottův zaacutekon) Ciacutel Ověřit Boylův-Mariottův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 LabQuestu Na injekčniacute střiacutekačce

z přiacuteslušenstviacute senzoru nastaviacuteme objem 10 ml Našroubujeme injekčniacute střiacutekačku na zaacutevit senzoru

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty Naacutezev Objem Jednotky ml

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute objem

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

26

4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute udaacutelosti ndash objemu Stiskneme toto tlačiacutetko a vložiacuteme objem 10 ml

5 Posuneme piacutest injekčniacute střiacutekačky na 9 ml a opakujeme vloženiacute udaacutelosti Pak postupně nastavujeme 8 7 6 11 12 13 14 a 15 ml

6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Mocnina 7 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f (V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a

zadej A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

27

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

28

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

29

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 64 Izotermickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(V) i s koeficienty p = 828V-0929

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

2 Zvol v menu Analyacuteza ndash Model ndash Tlak Vyber rovnici model Ax (nepřiacutemaacute uacuteměrnost) a zadej

A = 1000 (vyzkoušej vhodnou hodnotu) Zkus vysvětlit proč se skutečnyacute graf lišiacute od modelu

Skutečnyacute graf se lišiacute od modelu protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

30

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

31

Molekulovaacute fyzika a termika

65 IZOCHORICKYacute DĚJ (ZAacuteKON CHARLESŮV)

Fyzikaacutelniacute princip Při izochorickeacutem ději s ideaacutelniacutem plynem staacuteleacute hmotnosti je tlak plynu přiacutemo uacuteměrnyacute jeho termodynamickeacute teplotě p = konstmiddotT Ciacutel Ověřit Charlesův zaacutekon Pomůcky LabQuest senzor tlaku plynu GPS-BTA s přiacuteslušenstviacutem teploměr TMP-BTA baňka PET laacutehve

Scheacutema

Postup

1 Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA do vstupu CH1 a teploměr TMP-BTA do vstupu CH2

LabQuestu Připojiacuteme senzor tlaku BSP-BTA pomociacute hadičky a špuntu k baňce Do

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

32

několika naacutedob z PET lahviacute připraviacuteme vodu o různeacute teplotě ndash do prvniacute přidaacuteme led a u ostatniacutech postupně viacutece a viacutece horkeacute vody z elektrovarneacute konvice

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu Senzory zvoliacuteme Zaacuteznam dathellip Nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + hodnoty

3 Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Objeviacute se noveacute tlačiacutetko pro vloženiacute

udaacutelosti Vložiacuteme baňku i s teploměrem do naacutedoby s nejstudenějšiacute vodou Počkaacuteme až nastane rovnovaacutežnyacute stav Stiskneme tlačiacutetko pro vloženiacute měřeneacute udaacutelosti Potvrdiacuteme OK(hodnotu udaacutelosti neniacute potřeba vklaacutedat) Pokračujeme postupně vloženiacutem baňky a teploměru do naacutedoby s teplejšiacute vodou a opakujeme tento bod

5 Ukončiacuteme měřeniacute 6 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 7 Zaacutevěr Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315 degC) -

přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně 2 Vyzkoušej si měřeniacute jinyacutem způsobem Nachystej si studenou vodu do kaacutedinky (nebo přiacutemo

do elektrovarneacute konvice) Dej pozor aby se teploměr nebo baňka nedotyacutekala spiraacutely konvice V menu Zaacuteznam dat zvoliacuteme režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence 1 čteniacutes Trvaacuteniacute 180 s Zvoliacuteme okno Graf Na svisleacute ose je tlak a na vodorovneacute teplota Zapneme konvici a stiskneme tlačiacutetko START na LabQuestu Jakmile skončiacute ohřiacutevaacuteniacute (konvice vypne) zastaviacuteme měřeniacute

3 V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku - Tlak Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute 4 Zapiacutešeme si rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

33

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

34

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

35

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 65 Izochorickyacute děj Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

2 Zapište rovnici funkce p = f(T) i s koeficienty

p = 0326(T-27315) + 94

3 Z rovnice urči průsečiacutek s osou x Dostaneš tiacutem hodnotu absolutniacute nuly (0 K = -27315degC) - přibližně Uvažuj proč tato hodnota nevychaacuteziacute přesně

p = 0 Pa 0 = 0326(T ndash 27315) + 94 T = - 152 K Tato hodnota nevychaacuteziacute přesně protože se nejednaacute o ideaacutelniacute plyn

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

36

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

37

Struktura a vlastnosti kapalin 66 POVRCHOVAacute SIacuteLA

Fyzikaacutelniacute princip Fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje vlastnosti povrchoveacute blaacuteny se nazyacutevaacute povrchoveacute napětiacute Čiacutem je povrchoveacute napětiacute většiacute tiacutem snaacuteze se na jeho povrchu mohou udržet různaacute tělesa Hodnoty povrchoveacuteho napětiacute lze naleacutezt v tabulkaacutech Povrchoveacute napětiacute rtuti je 7 times většiacute než povrchoveacute napětiacute vody ktereacute je 2-3 times většiacute než povrchoveacute napětiacute lihu či petroleje Na okraji povrchoveacute blaacuteny působiacute molekuly kapaliny povrchovou silou F kteraacute je kolmaacute na tento okraj a jejiacute směr ležiacute v povrchu kapaliny Podiacutel velikosti povrchoveacute siacutely F a deacutelky l okraje

povrchoveacute blaacuteny je povrchoveacute napětiacute σ PlatiacutelF

Ciacutel Určit přibližně velikost povrchoveacute siacutely Fp a povrchoveacuteho napětiacute σ Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA dřevěnaacute špejle plochaacute naacutedoba s vodou nit

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

38

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Na siloměr zavěsiacuteme špejli o deacutelce 30 cm na niti (viz scheacutema) Špejli položiacuteme na hladinu

kapaliny (vody) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Taacutehneme siloměrem špejli z povrchu

kapaliny

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

39

6 Z grafu odečteme rozdiacutel maximaacutelniacute hodnoty siacutely (kdy dochaacuteziacute k odtrženiacute špejle z povrchu kapaliny) a siacutely kdy špejle visiacute na niti ndash viz obraacutezek

7 Vypočiacutetaacuteme poměr teacuteto siacutely a dvojnaacutesobku deacutelky špejle (deacutelka okraje povrchoveacute blaacuteny) což je hodnota povrchoveacuteho napětiacute σ (Nm)

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Provedeme měřeniacute pro jineacute kapaliny (liacutehhellip) Přiacutepadně pro jineacute deacutelky špejliacute 2 Ze špejliacute můžeme slepit mřiacutežku kteraacute zvětšiacute deacutelku okraje povrchoveacute blaacuteny a tiacutem i přesnost

měřeniacute

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

40

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

41

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 67 MECHANICKYacute OSCILAacuteTOR

Fyzikaacutelniacute princip Mechanickyacute oscilaacutetor je zařiacutezeniacute ktereacute volně bez vnějšiacuteho působeniacute kmitaacute Kmit je periodicky se opakujiacuteciacute čaacutest kmitaveacuteho pohybu doba jeho trvaacuteniacute je perioda T a počet kmitů za jednotku času je frekvence f = T-1 Periodu T a frekvenci f vlastniacuteho kmitaacuteniacute oscilaacutetoru určiacuteme

mkf

kmT

212 (m je hmotnost a k je tuhost) Tuhost pružiny k je definovaacutena

vztahem l

Fk p

Ciacutel Určit tuhost k pružiny Určit periodu T mechanickeacuteho oscilaacutetoru Pomůcky LabQuest siloměr DFS-BTA těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

42

Scheacutema

Postup

1 Siloměr DFS-BTA upevniacuteme na stativ (podle scheacutema) a zapojiacuteme do CH 1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest Na siloměr zavěsiacuteme pružinu 3 Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat 4 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 50 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 5 Na siloměr zavěsiacuteme těleso (zaacutevažiacute) Těleso je v klidu 6 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

7 Z grafu odečteme tiacutehovou siacutelu FG pomociacute menu Analyacuteza ndash Statistika Určiacuteme hmotnost

tělesa Ověřiacuteme na digitaacutelniacutech vahaacutech 8 Uvedeme těleso do kmitaveacuteho pohybu 9 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Provedeme analyacutezu grafu ndash

menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analyacutezu)

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

43

10 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Určete tuhost pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute praviacutetka

vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellipcm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100 (protože l

jsme zadaacutevali v cm) p) Vypočiacutetaacuteme periodu T kmitaacuteniacute oscilaacutetoru z hmotnosti m a tuhosti k

2 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

44

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

45

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = helliphelliphelliphelliphelliphellip N m = helliphelliphelliphellip kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

T = helliphelliphelliphelliphelliphellip s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost helliphelliphellip s

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

46

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

47

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 67 Mechanickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf

Těleso zavěšeneacute na pružině (nekmitaacute)hellipzjistiacuteme velikost tiacutehoveacute siacutely kteraacute působiacute na těleso

FG = 5 N m = 05 kg

Těleso uvedeneacute do kmitaveacuteho pohybu

2 Z uacutehloveacute rychlosti ω (koeficient B) vypočiacutetaacuteme periodu T

BT

TB

222

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

48

T = 101 s 3 Perioda kmitaveacuteho pohybu u daneacuteho oscilaacutetoru maacute velikost 101 s

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

49

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute

68 RYCHLOST A ZRYCHLENIacute KMITAVEacuteHO POHYBU

Fyzikaacutelniacute princip Harmonickyacute kmitavyacute pohyb je nejjednoduššiacute periodickyacute pohyb Kinematickeacute veličiny harmonickeacuteho kmitaacuteniacute jehož počaacutetečniacute faacuteze je nulovaacute vyjadřujiacute rovnice

Veličina Rovnice Amplituda y v a

y = ymsin t v = vmcos t a = - amsin t = - 2y

ym vm= ym

am= 2ym

Ciacutel Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin kmitaveacuteho pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Určit periodu kmitaacuteniacute Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD pružinu těleso (zaacutevažiacute)

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

50

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na pružinu

zavěsiacuteme zaacutevažiacute 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na

LabQuestu 5 Po skončeniacute měřeniacute uložiacuteme soubor 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu

LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku vložiacuteme do časovyacutech diagramů vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Z rovnic určiacuteme periodu kmitaacuteniacute

8 Určenou periodu můžeme ověřit pomociacute stopek nebo optickeacute zaacutevory

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kyvadlo 3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastav Trvaacuteniacute 180 s Ověř měřeniacutem že u skutečneacuteho

oscilaacutetoru vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute Na těleso (zaacutevažiacute) můžeš magnetem připojit kruh z papiacuteru kteryacute zvětšiacute odporovou siacutelu a tiacutem zvětšiacute tlumeniacute oscilaacutetoru

4 Kde se využiacutevaacute tlumeniacute v praxi

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

51

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

52

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

53

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

54

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a = 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= b) vm= c) am= d) = e) f = f) T = 4 Vyacutepočet periody z k a m k = m =

T = km

2 =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

55

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 68 Rychlost a zrychleniacute kmitaveacuteho pohybu Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 24 degC

Tlak 1001 hPa

Vlhkost 48

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky y = 00562middotsin(6196middott + 5381)

b) rychlosti v = 0331middotsin(6196middott + 0692)

c) zrychleniacute a = 189middotsin(6196middott + 2308)

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

56

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym= 00562 m =562 cm

b) vm=0331 ms

c) am=189 ms2

d) =6196 rads

e) f =0986 Hz

f) T =1014 s 4 Vyacutepočet periody z k a m k =0502981026=1894 Nm m =0502 kg

T = km

2 = 10229 s

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi

a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= -0746 rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= -3073 rad

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

57

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 69 KYVADLO

Fyzikaacutelniacute princip Matematickeacute kyvadlo jako model mechanickeacuteho oscilaacutetoru maacute podobu maleacuteho tělesa (hmotneacuteho bodu) zavěšeneacuteho na pevneacutem vlaacutekně zanedbatelneacute hmotnosti a konstantniacute deacutelky l

Pro periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute kyvadla platiacute glπ2T

Ciacutel Určit periodu kmitaacuteniacute kyvadla Změřit časoveacute diagramy kinematickyacutech veličin harmonickeacute pohybu Určit rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Pomůcky LabQuest senzor polohy a pohybu MD-BTD kyvadlo

Scheacutema

Postup

1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme zaacutevažiacute

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

58

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Určiacuteme deacutelku vlaacutekna l (až do těžiště tělesa) Vypočiacutetaacuteme periodu kmitaacuteniacute Ověřiacuteme

měřeniacutem 6 Vložiacuteme naměřenyacute soubor do programu LoggerPro V menu Analyacuteza ndash Proložit křivku

vložiacuteme do časovyacutech diagramů křivku ndash sinusoidu

7 Zapiacutešeme rovnice vyacutechylky rychlosti a zrychleniacute harmonickeacuteho pohybu Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z časovyacutech diagramů určete počaacutetečniacute faacuteze faacutezovyacute rozdiacutel amplitudy frekvenci periodu 2 Ověř že stejneacute rovnice platiacute pro kmitavyacute pohyb

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

59

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky

b) rychlosti

c) zrychleniacute

2 Rovnice

a) vyacutechylky

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

60

y = b) rychlosti v = c) zrychleniacute a =

3 Amplituda frekvence perioda

a) ym=

b) vm=

c) am=

d) =

e) f =

f) T = 4 Vyacutepočet periody z l

l =

T =

f =

5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= helliphelliphelliphellip rad b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= helliphelliphelliphellip rad

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

61

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 69 Kyvadlo Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Grafy a) vyacutechylky b) rychlosti c) zrychleniacute

2 Rovnice a) vyacutechylky y = 0105 middot sin (2182middott + 0985) + 028 b) rychlosti v = 0226 middot sin (2181middott + 2564) + 0005 c) zrychleniacute a = 0486 middot sin (2181middott + 4182) + 0 3 Amplituda frekvence perioda a) ym= 0105 m

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

62

b) vm= 0226 mmiddots-1 c) am= 0486 mmiddots-2

d) = 2181 radmiddots-1

e) f = 0347 Hz (

28361812

2

f )

f) T = 2882 s 4 Vyacutepočet periody z l l = 2085 m

T = 2897 s (819

085222 glT )

f = 0345 Hz 5 Faacutezoveacute posunutiacute mezi a) vyacutechylkou a rychlostiacute φ= 1579 rad (π2) b) vyacutechylkou a zrychleniacutem φ= 3197 rad (π)

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

63

Mechanickeacute vlněniacute 610 VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ Ciacutel Demonstrovat stojateacute vlněniacute pomociacute kloboukoveacute gumy Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω dva laboratorniacute stojany kloboukovaacute guma

Scheacutema

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

64

Postup

1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na gumu - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme očko)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 10 V 4 Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu kterou provleacutekneme na jednom okraji

očkem 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a jemnyacutem posouvaacuteniacutem stativu nastaviacuteme tah gumy tak aby

kmitala se zaacutekladniacute frekvenciacute

6 Určiacuteme vlnovou deacutelku λ Ze znaacutemeacute zaacutekladniacute frekvence vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute 7 Na LabQuestu změniacuteme postupně frekvenci na 20 Hz 30 Hz 40 Hzhellip Pozorujeme

změny

8 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Nastav zaacutekladniacute kmitočet změř amplitudu vyacutechylky ym Co se děje s amplitudou při

zvětšovaacuteniacute kmitočtu 2 Jakyacute je vztah pro zaacutekladniacute a vyššiacute harmonickeacute frekvence 3 Vyzkoušej různeacute gumy (deacutelky tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

65

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

66

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = helliphelliphelliphelliphellip m v = helliphelliphelliphelliphellipmmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

67

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 610 Vlněniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Frekvence f = 10 Hz

v = λmiddotf λ = 0976 m v = 976 mmiddots-1

2 Frekvence f = 20 Hz

v = λmiddotf λ = 0513 m v = 1026 mmiddots-1

3 Frekvence f = 30 Hz

v = λmiddotf λ = 0349 m v = 1047 mmiddots-1

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

68

4 Frekvence f = 40 Hz

v = λmiddotf λ = 0258 m v = 1032 mmiddots-1

5 Jak se měniacute vlnovaacute deacutelka Jak se měniacute rychlost šiacuteřeniacute vlněniacute

S rostouciacute frekvenciacute se vlnovaacute deacutelka nepřiacutemo uacuteměrně zmenšuje Rychlost vlněniacute se teacuteměř neměniacute

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

69

Mechanickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute 611 SLOŽENEacute KMITAacuteNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Složeneacute kmitaacuteniacute vznikaacute při kmitaacuteniacute dvou oscilaacutetorů ktereacute jsou navzaacutejem spojeny např gumovyacutem vlaacuteknem Superpoziciacute dvou harmonickyacutech kmitaacuteniacute o

a) stejneacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute teacuteže frekvence Amplituda zaacutevisiacute na faacutezoveacutem rozdiacutelu složek

b) různeacute frekvenci vznikaacute kmitaacuteniacute ktereacute neniacute harmonickeacute

Když se frekvence složek velmi maacutelo lišiacute vznikaacute složeneacute kmitaacuteniacute ktereacute nazyacutevaacuteme raacutezy (nebo v akustice zaacutezněje)

Ciacutel Určit časovyacute diagram složeneacuteho kmitaacuteniacute s bliacutezkou frekvenciacute složek

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

70

Pomůcky LabQuest 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD 2 kyvadla

Scheacutema

Postup

1 Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu Na zaacutevěs zavěsiacuteme dvě zaacutevažiacute podle scheacutema

2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 100 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadla Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

71

5 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Jakyacute je kmitočet 1 oscilaacutetoru 2 oscilaacutetoru a raacutezů 2 Pomociacute generaacutetoru signaacutelů (audio) vyzkoušej zaacutezněje Zkus je naměřit pomociacute

mikrofonu 3 Jak se měniacute zaacutezněje s rozdiacutelem kmitočtů obou oscilaacutetorů

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

72

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

73

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

74

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

75

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 611 Složeneacute kmitaacuteniacute Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf Složeneacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel

2 Zaacutevěr

V grafu znaacutezorňujiacuteciacute kmitaacuteniacute dvou kyvadel kteraacute jsou propojenaacute gumovyacutem vlaacuteknem vidiacuteme přenos energie z jednoho kyvadla na druheacute

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

76

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

77

Kmitaacuteniacute mechanickeacuteho oscilaacutetoru 612 PŘEMĚNY ENERGIE

Fyzikaacutelniacute princip Při harmonickeacutem kmitaveacutem pohybu mechanickeacuteho oscilaacutetoru se periodicky měniacute jeho polohovaacute energie Ep v energii pohybovou Ek a naopak Celkovaacute energie E je konstantniacute a je přiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině amplitudy vyacutechylky ym popř druheacute mocnině amplitudy rychlosti vm vlastniacuteho kmitaacuteniacute

22

21

21

mm mvkyE

U skutečneacuteho oscilaacutetoru vznikajiacute ztraacutety energie a vznikaacute tlumeneacute kmitaacuteniacute (za ideaacutelniacutech předpokladů netlumeneacute kmitaacuteniacute) Ciacutel Změřit pohybovou a polohovou energii kmitaveacuteho pohybu a určit celkovou energii Pomůcky LabQuest ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT těleso (zaacutevažiacute) pružina stojan metr

Scheacutema

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

78

Postup 1 Připojiacuteme ultrazvukovyacute senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu 2 Určiacuteme tuhost použiacutevaneacute pružiny

3 Zapneme LabQuest 4 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Časovaacute zaacutekladna Frekvence

20 čteniacutes Trvaacuteniacute 10 s 5 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 6 Zvaacutežiacuteme zaacutevažiacute na digitaacutelniacutech vahaacutech a zavěsiacuteme ho na pružinu a pod zaacutevažiacute položiacuteme

ultrazvukovyacute senzor a budeme měřit vzdaacutelenost a rychlost kmitajiacuteciacuteho zaacutevažiacute na pružině

7 Uvedeme zaacutevažiacute do kmitaveacuteho pohybu 8 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

9 Soubor nahrajeme do PC a v programu Logger Pro provedeme analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

79

10 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro Ek

11 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

Ep

12 V menu Data - Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme naacutezev značku jednotku a rovnici pro

E

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

80

13 Zobraziacuteme grafy pro průběhy energiiacute

14 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky

1 Změniacuteme dobu trvaacuteniacute na 300 s Opakujeme měřeniacute Co pozorujeme Jak se měniacute celkovaacute

energie E 2 Jinyacute postup určeniacute tuhosti pružiny k

a) Na siloměr zavěsiacuteme pružinu b) Vyznačiacuteme na pozadiacute (tabule) konec pružiny bdquoznačku ndash 0 cmldquo Daacutele si pomociacute

praviacutetka vyznačiacuteme značky 5 10 15 20 hellip cm c) V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev

Prodlouženiacute Jednotky cm d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory ndash Vynulovat e) Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf f) Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu g) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) h) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK i) Prodloužiacuteme pružinu o 5 cm j) Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) k) Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 5 cm a stiskneme OK l) Opakujeme body i) j) a k) pro 10 15 20 hellipcm m) Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) n) Provedeme analyacutezu grafu ndash menu Analyacuteza ndash Fitovat křivku ndash Typ rovnice Přiacutemaacute

uacuteměrnost o) Z grafu určiacuteme tuhost pružiny k ndash je směrnice polopřiacutemky A vynaacutesobenaacute 100

(protože l jsme zadaacutevali v cm) 3 Opakujeme pro jineacute zaacutevažiacute nebo jinou pružinu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

81

Zvukoveacute vlněniacute 613 ZDROJE ZVUKU

Fyzikaacutelniacute princip Zdrojem zvuku je chvějiacuteciacute se pružneacute těleso Hudebniacute interval je poměr frekvenciacute dvou toacutenů Ciacutel Určit časovyacute diagram některyacutech zdrojů zvuku - ladičky klaacuteves hudebniacutech naacutestrojůhellip Určit frekvenci toacutenů c1 d1 e1 c2 Určit hudebniacute intervaly těchto toacutenů Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroje zvuku (hudebniacute naacutestroje)

Scheacutema

Postup

1 Zapneme LabQuest 2 Připojiacuteme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory ndash

Nastaveniacute senzorů zvoliacuteme INT ndash Vnitřniacute mikrofon

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

82

3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Rozezvučiacuteme zdroj zvuku ndash hlaacuteska bdquoaldquo bdquoeldquo bdquosldquohellip 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Uklaacutedaacuteme naměřeneacute zvuky v menu Graf ndash Uložit měřeniacute nebo zvoliacuteme Pomociacute

kalkulačky určujeme kmitočty periodickyacutech zvuků Uložiacuteme soubor

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

83

7 Opakujeme body 4 5 a 6 pro toacuteny c1 d1 e1 c2 Určujeme kmitočet těchto toacutenů

(změřiacuteme periodu a kmitočet vypočiacutetaacuteme) a jejich hudebniacute intervaly 8 Naměřeneacute kmitočty toacutenů a vypočiacutetaneacute hodnoty hudebniacutech intervalů porovnaacuteme

s hodnotami v tabulce

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Laděniacute absolutniacute vyacuteška (Hz) temperovaneacute 262 294 330 349 392 440 494 524

přirozeneacute 264 297 330 352 396 440 495 528 Hudebniacute interval 11 98 54 43 32 53 158 21

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkuste měřit časoveacute diagramy různyacutech hudebniacutech naacutestrojů

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

84

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

85

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Graf p=f(t)

2 Tabulka a)naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz]

Hudebniacute interval

b)tabulkoveacute hodnoty Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 15 8 2 1

3 Zaacutevěr

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

86

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

87

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 613 Zdroje zvuku Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota 28 degC

Tlak 1006 hPa

Vlhkost 54

1 Graf p = f(t)

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

88

2 Tabulka a) naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 261 294 334 345 394 440 492 527

Hudebniacute interval 1 1126 1280 1322 1510 1686 1885 2019

b) tabulkoveacute hodnoty

Toacuten c1 d1 e1 f1 g1 a1 h1 c2

Vyacuteška [Hz] 262 294 330 349 392 440 494 524

Hudebniacute interval 1 1 9 8 =

1125 5 4 = 125

4 3 = 133

3 2 = 15

5 3 = 167

15 8 = 1875 2 1

3 Zaacutevěr

Naměřeneacute a vypočiacutetaneacute hodnoty (hudebniacutech intervalů) vychaacuteziacute velmi přesně s max chybou do 1 Naměřeneacute průběhy hlaacutesek odpoviacutedajiacute naměřenyacutem průběhům v učebnici fyziky

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

89

Zvukoveacute vlněniacute 614 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikaacutelniacute princip Zvuk je podeacutelneacute vlněniacute s frekvenciacute od 16 Hz do 20 kHz Rychlost zvuku můžeme změřit přiacutemou metodou tak že změřiacuteme vzdaacutelenost kterou zvuk urazil a dobu za kterou mu to trvalo Rychlost zvuku ve vzduchu zaacutevisiacute na složeniacute vzduchu (nečistoty vlhkost druh plynu) ale nejviacutece na jeho teplotě vt= 33182 + 061middott kde teplota t je v Celsiovyacutech stupniacutech Rychlost zvuku takeacute můžeme změřit otevřenyacutem rezonaacutetorem ndash trubiciacute v jejiacutemž vzduchoveacutem sloupci vzbuzujeme chvěniacute pomociacute zdroje zvuku (reproduktoru) Ciacutel Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při daneacute teplotě otevřenyacutem rezonaacutetorem Pomůcky LabQuest zesilovač PAMP hlukoměr SLM-BTA zdroj zvuku ndash LabQuest jako generaacutetor funkciacute s reproduktorem odpadniacute trubka HTEM

Scheacutema

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

90

Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s reproduktorem 8 Ω kteryacute přiložiacuteme k otvoru otevřeneacuteho rezonaacutetoru - trubky 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute

(Zesilovač) 3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 200 Hz a napětiacute 10 V 4 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druheacuteho LabQuestu 5 Zapneme druhyacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 6 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) Hlukoměr připevniacuteme na delšiacute tyčku

7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na druheacutem LabQuestu 8 Pomalu zasouvaacuteme hlukoměr do trubky v průběhu 20 s

9 Uložiacuteme měřeniacute Změniacuteme kmitočet na 300 Hz a zopakujeme měřeniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme stejneacute měřeniacute ale měřeniacute provaacutediacuteme po jednotlivyacutech hodnotaacutech s tiacutem že

vklaacutedaacuteme hodnoty vzdaacutelenosti Ze vzdaacutelenostiacute uzlů (kmiten) určiacuteme vlnovou deacutelku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost šiacuteřeniacute zvuku v

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

91

Mechanickeacute vlněniacute 615 INTERFERENCE VLNĚNIacute

Fyzikaacutelniacute princip Interferenciacute vlněniacute nazyacutevaacuteme sklaacutedaacuteniacute dvou nebo viacutece vlněniacute Interferenciacute dvou vlněniacute o stejneacute vlnoveacute deacutelce vznikaacute vyacutesledneacute vlněniacute jehož amplituda je největšiacute v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute se stejnou faacuteziacute a nejmenšiacute je v miacutestech v nichž se vlněniacute setkaacutevajiacute s opačnou faacuteziacute

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku při interferenci dvou zvuků o stejneacute vlnoveacute deacutelce Pomůcky 2 ks LabQuest hlukoměr SLM-BTA zesilovač PAMP nebo jinyacute 2 ks basovyacute reproduktor 8 Ω

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

92

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 prvniacuteho LabQuestu 2 Ke druheacutemu LabQuestu připojiacuteme zesilovač a dva reproduktory podle scheacutema Na

LabQuestu nastaviacuteme kmitočet 1 kHz 3 Zapneme prvniacute LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 4 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a rovnoměrně pohybujeme

s mikrofonem podle scheacutema Uložiacuteme měřeniacute Měřeniacute provaacutediacuteme na louce 6 Vysloviacuteme zaacutevěr

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 K prvniacutemu LabQuestu můžeme připojit i ultrazvukovyacute senzor vzdaacutelenosti a měřiacuteme jak

zaacutevisiacute hladina intenzity zvuku v zaacutevislosti na vzdaacutelenosti Přiacutepadně můžeme vklaacutedat jednotliveacute hodnoty a měřit vzdaacutelenost paacutesmem

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

93

Zvukoveacute vlněniacute 616 HLASITOST

Fyzikaacutelniacute princip Praacuteh slyšitelnosti je nejmenšiacute intenzita zvuku kterou je schopen vniacutemat pozorovatel s normaacutelniacutem sluchem (I0=10-12 Wm-2) Praacuteh bolesti je nejmenšiacute intenzita zvuku kteraacute vyvolaacute pocit bolesti (I0=10 Wm-2) Hladina intenzity zvuku L (v decibelech) je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute vyjadřuje kolikraacutet je vniacutemanyacute zvuk (P ndash akustickyacute vyacutekon vniacutemaneacuteho zvuku) silnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti (P0 - akustickyacute vyacutekon prahu slyšitelnosti) např 10times o 10 dB 100times o 20 dB 1000times o 30 dBhellip)

0

log10PPL

Hlasitost zvuku je subjektivniacute veličina a zaacutevisiacute na citlivosti sluchu Naše ucho je nejcitlivějšiacute na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz Zvuky o niacutezkeacutem nebo naopak o vysokeacutem kmitočtu vniacutemaacuteme meacuteně

Ciacutel Určit pomociacute hlukoměru SLM-BTA hladinu intenzity zvuku lidskeacuteho hlasu zařiacutezeniacute a strojů kolem naacutes (pračka vysavač televize raacutedio reprodukovanaacute hudba ulice hřiště přestaacutevka ve školehellip ticho) Pomůcky LabQuest hlukoměr SLM-BTA wattmetr WU-PRO-I

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

94

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 LabQuestu 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s

Frekvence 2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Nastaveniacute hlukoměru SLM-BTA Time Weiting ndash S (slow) Maximum Level Hold ndash

RESET (průběžně zobrazuje) Frequency Weighting ndash A (pomaleacute změny) 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a postupně v 10 s intervalech

zkoušiacuteme různeacute zvuky ticho ndash potlesk ndash tlumenyacute hovor ndash hlasityacute hovor ndash velmi hlasityacute hovor ndash křik

5 Podobně zkoušiacuteme změřit

a) hluk celeacuteho praciacuteho cyklu pračky

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

95

b) hluk různyacutech spotřebičů kolem naacutes ndash televize raacutedio zvuk ze sluchaacutetek (přiloženiacutem hlukoměru ke sluchaacutetkům) zvuk mobilniacuteho telefonu hluk elektrovarneacute konvice (při měřeniacute hluku elektrovarneacute konvice můžeme připojit wattmetr a tiacutem současně změřit i okamžik zapnutiacute a vypnutiacute)

c) hluk ve škole ndash ve třiacutedě na chodběhellip d) ticho ndash ve dne v noci

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kolikraacutet je bdquoticholdquo hlučnějšiacute než praacuteh slyšitelnosti 2 Vyzkoušej jak velkeacute je bdquoticholdquo uvnitř krabice 3 Jakeacute je bdquoticholdquo před oknem a za oknem 4 Vyzkoušej odraz zvuku ndash v miacutestnosti na louce 5 Změř jak se měniacute hladina intenzity zvuku za bouřky

6 Zkoumej jak zvuk pohlcujiacute různeacute materiaacutely

7 Vyzkoušej odraz zvuku pomociacute desky Např

8 Vyzkoušej naměřit v jeskyni hlasitost ozvěny 9 U reproduktoroveacute soustavy (stereo) zkus naleacutezt miacutesto s nejsilnějšiacute hlasitostiacute

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

96

10 Změř zaacutevislost hlasitosti na uacutehlu naacuteklonu odrazneacute desky Sestroj graf

11 Změř směrovou charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=393 )

12 Změř frekvenčniacute charakteristiku reproduktoru

( httpfyzikajreichlcomindexphpsekce=browseamppage=392)

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

97

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Měřeniacute hlasitosti

Měřeniacute hluku

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

2 Změřte hluk ve třiacutedě

3 Změřte hluk na chodbě

4 Změřte hluk na ulici

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

98

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

99

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 616 Hlasitost Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

5 Měřeniacute hlasitosti

6 Změřte hluk ve třiacutedě

42 dB

7 Změřte hluk na chodbě 82 dB

8 Změřte hluk na ulici 53 dB

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

100

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

101

Mechanickeacute vlněniacute 617 CHLADNIHO OBRAZCE

Fyzikaacutelniacute princip

Vlněniacute je přenos kmitaacuteniacute laacutetkovyacutem prostřediacutem Vlněniacute může byacutet přiacutečneacute nebo podeacutelneacute Stojateacute vlněniacute vznikaacute složeniacutem (interferenciacute) postupneacute a odraženeacute vlny Některeacute body kmitajiacute s maximaacutelniacute vyacutechylkou (kmitna) a některeacute nekmitajiacute (uzel) Uzly jsou ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky λ

Chladniho obrazce vznikajiacute na kovoveacute desce posypaneacute jemnyacutem piacuteskem kterou rozezvučiacuteme smyčcem přiacutepadně reproduktory

Od miacutesta rozezvučeniacute se šiacuteřiacute vlny deskou všemi směry odraacutežejiacute se od okrajů a různě se sklaacutedajiacute Tiacutem v desce vznikaacute stojateacute vlněniacute zrnka piacutesku odskakujiacute z kmitajiacuteciacutech se čaacutestiacute a hromadiacute se v uzlech Na desce vznikajiacute různeacute obrazce ktereacute zaacutevisiacute na tvaru a vlastnostech desky na miacutestě rozezvučeniacute a předevšiacutem na frekvenci toacutenu Čiacutem vyššiacute frekvence tiacutem je obrazec složitějšiacute Chladniho obrazce tak dokazujiacute že zdrojem zvuku jsou chvějiacuteciacute se tělesa Obrazce poprveacute pozoroval anglickyacute fyzik Robert Hook na skleněnyacutech deskaacutech Proslavil je ovšem německyacute fyzik Ernst Chladni (1756-1827) kteryacute provaacuteděl pokusy s tenkyacutemi kovovyacutemi deskami posypanyacutemi piacuteskem ktereacute rozezniacuteval smyčcem Když byly poprveacute představeny v Pařiacuteži v Akademii věd ciacutesař Napoleon sliacutebil kilogram zlata tomu kdo je dokaacuteže zdůvodnit

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

102

Ciacutel Demonstrovat Chladniho obrazce pomociacute rezonančniacutech desek prstence Určit veličiny vlněniacute ndash zaacutekladniacute frekvence vyššiacute harmonickaacute frekvence vlnovaacute deacutelka rychlost šiacuteřeniacute Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP basovyacute reproduktor 8 Ω nebo elektro-mechanickyacute vibraacutetor rezonančniacute desky

Scheacutema

Postup 1 Připojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme

s elektromechanickyacutem vibraacutetorem nebo basovyacutem reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak aby se chvěniacute membraacuteny mohlo přenaacutešet na desku - pomociacute tavneacute pistole přilepiacuteme upiacutenaciacute přiacutepravek)

2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)

3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 10 Hz a napětiacute 5 V 4 Na reproduktor připevniacuteme rezonančniacute kruh a posypeme ho jemnyacutem piacuteskem nebo

moukou 5 Zapneme generaacutetor funkciacute a postupně zvyšujeme kmitočet tak dlouho až zrnka mouky

zaujmou nějakyacute obrazec 6 Na LabQuestu měniacuteme (zvyšujeme) postupně frekvenci Pozorujeme a zakreslujeme

změny

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

103

Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změniacuteme rezonančniacute kruh na čtverec 2 Stejneacute provedeme s prstencem ze struny 3 Vyzkoušej jinaacute tělesa

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

104

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

105

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

106

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

107

Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9

PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY

Naacutezev uacutelohy 617 Chladniho obrazce Jmeacuteno

Třiacuteda

Datum

Spolupracovali

Podmiacutenky měřeniacute Teplota

Tlak

Vlhkost

1 Chladniho obrazce na čtvercoveacute desce

2 Chladniho obrazce na kruhoveacute desce

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

108

3 Chladniho obrazec na draacutetěneacutem prstenci

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

109

Zvukoveacute vlněniacute 618 DOPPLERŮV JEV

Fyzikaacutelniacute princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnoveacute deacutelky přijiacutemaneacuteho signaacutelu oproti vysiacutelaneacutemu signaacutelu způsobenou nenulovou vzaacutejemnou rychlostiacute vysiacutelače a přijiacutemače Jev byl poprveacute popsaacuten Christianem Dopplerem v roce 1842 Jestliže pohyblivyacute zdroj (auto motorka vlakhellip) vysiacutelaacute signaacutel s frekvenciacute f0 pak stojiacuteciacute pozorovatel jej přijiacutemaacute s frekvenciacute

relvvvff

0 kde v je rychlost vln v daneacute laacutetce a vrel relativniacute radiaacutelniacute rychlost zdroje vůči

pozorovateli (kladnaacute rychlost znamenaacute přibližovaacuteniacute zaacutepornaacute vzdalovaacuteniacute)

Ciacutel Ověřit Dopplerův jev Určit kmitočet zdroje při přibližovaacuteniacute a při vzdalovaacuteniacute Pomůcky LabQuest mikrofon MCA-BTA zdroj zvuku (sireacutenka MP3hellip) kyvadlo senzor polohy a pohybu MD-BTD

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

110

Scheacutema

Postup 1 Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojiacuteme do konektoru DIG 1 LabQuestu Na zaacutevěs

zavěsiacuteme sireacutenku 2 Zapneme LabQuest 3 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Zvoliacuteme

zobrazeniacute Graf 4 Nechaacuteme kyacutevat kyvadlo Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

Z naměřenyacutech hodnot určiacuteme amplitudu rychlosti vm = sm a periodu T = s Uložiacuteme

měřeniacute 5 Do vstupu CH 1 LabQuestu připojiacuteme mikrofon MCA-BTA 6 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute polovina periody (vyacuteše naměřenaacute)

Frekvence 8 000 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 7 Mikrofon umiacutestiacuteme do rovnovaacutežneacute polohy kyvadla Zapneme sireacutenku Kyvadlo

vychyacuteliacuteme do krajniacute polohy A pustiacuteme ho a současně stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu

111

8 Na dotykoveacute obrazovce v oblasti bdquopřibližovaacuten k mikrofonuldquo si označiacuteme bdquotaženiacutemldquo pomociacute dotykoveacuteho pera (stylus) čaacutest diagramu a v menu Analyacuteza ndash FFT zvoliacuteme Akustickyacute tlak (FFT = Fast Fourier Transform) Zapiacutešeme si frekvenci f1=hellip Hz bdquoŠpičkuldquo Stejně provedeme analyacutezu v čaacutesti bdquovzdalovaacuteniacute od mikrofonuldquo Tiacutem jsme určili frekvence při přibližovaacuteniacute f1 (měla by byacutet většiacute) a při vzdalovaacuteniacute f2

9 Opakujeme bod 7 a 8 pro kyvadlo v klidu Určiacuteme tiacutem frekvenci sireacutenky f0 když je v klidu (měla by miacutet hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2)

10 Z kmitočtů f0 f1 f2 a rychlosti zvuku vypočiacutetaacuteme rychlost pohybu kyvadla 11 Měřeniacute můžeme několikraacutet opakovat pro jineacute sireacutenky nebo vyacutechylky (jinaacute rychlost) Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měřeniacute můžeme obraacutetit Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor ladička 440 Hz) a

přijiacutemač zvuku se pohybuje ndash LabQuest zavěšenyacute na kyvadle využijeme při měřeniacute vnitřniacute mikrofon (menu Senzory ndash Nastaveniacute senzorů volba INT ndash Vnitřniacute mikrofon) POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškozeniacute

2 Můžeme nahraacutet zvuk troubiacuteciacuteho kolem staacutelou rychlostiacute jedouciacuteho auta a proveacutest jeho analyacutezu