Přeměna kinetické energie na vnitřní energii: Úder palicí

Pokus číslo: 1585

  • Cíl pokusu

    Přesvědčíme se, že při úderu palice do podložky se podložka zahřívá.

  • Teorie

    Při dopadu palice na podložku se část její kinetické energie využije na konání práce při nepružné deformaci podložky a část se přemění na vnitřní energii palice a podložky. Tento nárůst vnitřní energie se projeví lokálním zvýšením teploty obou předmětů.

  • Pomůcky (obr. 1)

    Termovizní kamera, polystyrenová destička (byl použit tácek, na kterém se prodávají balené sýry), gumová palice.

    Obr. 1: Pomůcky
  • Postup

    Udeříme palicí do polystyrenové destičky a místo úderu sledujeme termovizní kamerou. Teplota se v místě dopadu lokálně zvýší řádově o jednotky °C.

  • Vzorový výsledek

    Úspěšné provedení pokusu ilustruje video níže.

    Při přípravě tohoto videa byla použita termovizní kamera FLIR i7. Teplotní rozsah škály barev byl zvolen v intervalu 22 °C až 34 °C, emisivita ε = 0,95.

  • Technické poznámky

    • Pokus lze provést i s obyčejným kladivem, pak je ale část tepla odvedena jeho kovovým tělem a zvýšení teploty není tak výrazné.

    • Nedoporučujeme používat namísto polystyrenové destičky kov – efekt změny teploty, způsobený dopadem palice, by okamžitě zanikl rozvedením tepla z místa dopadu do jeho okolí.

  • Metodické poznámky

    • Je důležité, aby si žáci uvědomili, že při experimentu se samozřejmě nezahřívá pouze podložka, ale také samotná palice – to můžeme pomocí termovizní kamery samozřejmě také ukázat.

    • Experiment můžeme propojit s konceptem tepelné vodivosti. Žákům lze položit otázku, proč by tentýž experiment neukázal nic průkazného, pokud bychom místo polystyrenové destičky použili destičku kovovou. V takovém případě by bylo lokální zvýšení teploty v místě dopadu okamžitě minimalizováno rozvedením tepla do okolí. Tepelnou vodivostí se detailněji zabývají experimenty Tepelná vodivost plastu a kovu I.Tepelná vodivost plastu a kovu II.

  • Podobný experiment

    Namísto kinetické energie palice lze využít energie volného pádu závaží — viz experiment Přeměna kinetické energie na vnitřní energii: Pád závaží.

  • Odkaz na související úlohu

    Přeměnu kinetické energie na energii vnitřní matematicky detailně popisuje úloha Ohřátí kuličky při nárazu do dřevěného terče.

  • Základy práce s termovizní kamerou - odkaz na PDF

    Tento experiment využívá termografické měření. Dokument Experimentujeme s termovizní kamerou shrnuje teorii termografie a základní doporučení a postupy, které mohou napomoci k přesnějším a nezkresleným výsledkům měření.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: Kácovský, P. (2016). Experimenty podporující výuku termodynamiky na
středoškolské úrovni. (Disertační práce.) Matematicko-fyzikální
fakulta UK, Praha.
×Původní zdroj: Kácovský, P. (2016). Experimenty podporující výuku termodynamiky na středoškolské úrovni. (Disertační práce.) Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.