Změna vnitřní energie konáním práce: Zatloukání hřebíku

Pokus číslo: 1589

  • Cíl pokusu

    Ukážeme, jak při zatloukání hřebíku do dřeva roste teplota hřebíku i dřeva.

  • Teorie

    Experiment je analogií pokusu Změna vnitřní energie konáním práce: Vrtání do dřeva – opět budeme demonstrovat růst vnitřní energie konáním mechanické práce, pouze v jiném uspořádání – konání práce bude nyní reprezentováno zatloukáním hřebíku do dřeva. Při úderech do hřebíku se kinetická energie dopadajícího kladiva přeměňuje na vnitřní energii hřebíku, na práci třecích sil mezi hřebíkem a dřevem, ale také na energii elastických vln, šířících se dřevem od místa jeho styku s hřebíkem; společně tyto jevy vedou k růstu teploty obou materiálů.

  • Pomůcky

    Termovizní kamera, prkénko, kladivo, hřebík (obr. 1).

    Obr. 1: Pomůcky
  • Postup

    Hřebík jednoduše zatloukáme do prkénka. Na termovizní kameře přitom pozorujeme růst teploty v místě vniku hřebíku do dřeva. Místo, ve kterém roste dle infračervených snímků teplota, je místem vniku hřebíku do prkénka. Vlastní hřebík není na videu příliš patrný, po většinu experimentu je jeho teplota srovnatelná s teplotou okolí.

  • 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 24 °C až 30 °C, emisivita ε = 0,95.

  • Technické poznámky

    Obecně je vhodné volit hřebíky s matným povrchem. Vyvarujeme se tak problémům s velmi rozdílnou emisivitou dřeva a lesklého kovu, což může vést k chybnému vyhodnocení teploty hřebíku.

  • Metodické poznámky

    Je dobré rozebrat, že kromě místa vniku kovu do dřeva dochází samozřejmě k nárůstu teploty podél hřebíku i uvnitř prkénka, to ovšem již pomocí termovizní kamery neodhalíme.

  • Odkaz na související úlohu

    Matematickým popisem energetických přeměn, které při zatloukání hřebíku do dřeva nastávají, se detailně zabývá úloha Ohřívání hřebíku při zatloukání.

  • 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.