Kyvadla stejné délky: Nevlnění

Pokus číslo: 2061

Demonstrační experiment/problémová úloha.
  • Cíl pokusu

    • Žák rozpozná v konkrétní situaci, zda se jedná o vlnu či ne

    • Žák aplikuje získané znalosti o vlnění

  • Teorie

    Řada kyvadel, z nichž každé další kýve s opožděnou fází o \(\Delta\varphi\) oproti předchozímu kyvadlu, působí dojmem šířící se vlny mezi kyvadly. Nejedná se o vlnění, přestože je možné vlnu pozorovat a určit většinu charakteristik vlnění. Důvodem je chybějící vazba mezi kyvadly. Každé kyvadlo kmitá samo za sebe, bez ohledu na okolí. Zdánlivá rychlost šíření je určena pouze původním nastavením velikosti \(\Delta\varphi\). Nejjednodušším důkazem, že se nejedná o vlnění, je utlumení některého z prostředních kyvadel. Toto utlumení se nebude šířit dál, jak bychom očekávali u vlny.

    Kromě tvaru a základních charakteristik nebudou fungovat ani jevy jako například odraz vlny na volném konci a vznik stojatého vlnění. Paradoxně by se takto skutečná vlna (na omezeném prostoru) nechovala.

  • Pomůcky

    Pomůcka s kyvadly je shodná s experimentem: Kyvadlo: Závislost periody kyvu na délce závěsu, Postup konstrukce pomůcky

    Pomůcka musí mít nastaveny stejné délky závěsu pro všechna kyvadla.

  • Postup

    Před demonstrací experimentem zadáme žákům otázku: „Jedná se o vlnění? Pokud ano, jedná se o podélné nebo příčné vlnění?“

    Řadu kyvadel s rovnoměrnými rozestupy a stejnými délkami závěsu vychýlíme deskou do stejné krajní polohy. Desku postupně naklápíme, a tím jednotlivá kyvadla vypouštíme. Rovnoměrný posun desky stranou není vhodný, jelikož se po ní závaží nesmýkají bez tření.

    Doporučení pro zařazení experimentu do výuky:

    • na úvod kapitoly mechanické vlnění, aby žákům byly zřejmé všechny podmínky kladené na vlnění.

    • v rámci opakování, vhodné je navázat diskuzí o tom, že nepozorujeme odraz vlny, případně vlnu stojatou.

    • kdykoliv jako problémovou úlohu k prohloubení učiva a k motivaci žáků.

    • jako problémovou úlohu po vysvětlení pojmů příčné a podélné vlnění.

  • Vzorový výsledek

  • Metodické poznámky

    Pozorování je vhodné doplnit diskusí o tom, zda se o vlnění jedná či nejedná. Je možno rozdělit třídu na dvě skupiny podle toho, ke kterému názoru se přiklánějí, a nechat je vysvětlit, proč se k tomuto názoru přiklánějí. Situaci navodíme vhodnou formulací otázky, např.: „Jedná se o vlnění? Pokud ano, jedná se o podélné nebo příčné vlnění?“

    Aby se zvýšily šance na rozdělení třídy (nastolení problému), doporučujeme, aby žáci svoji odpověď rozmysleli sami a zapsali si ji. Žáci tak při rozdělování třídy už budou jasně rozhodnuti a nebudou se rozhodovat na základě toho, kam jdou spolužáci.

    Jednoduchým důkazem, že se nejedná o vlnění, je zastavení některé z kuliček. Při našem testování tuto formu důkazu vymysleli a provedli sami žáci.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: delší než 10 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu