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).
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.
