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.
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. a 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.
