Zákony zachování v mechanice

Žáci používají zachování hybnosti a mechanické energie při srážkách, pohybu v gravitačním poli a otáčení. Rozšiřují zákony zachování z 1. ročníku, neopakují SI jednotky ani první zápis práce.

Průvodce tématem Zákony zachování v mechanice v předmětu Fyzika pro II. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.

Připravit hodinu Všechny formáty

Klikněte a tvořte

Získejte přípravu zdarma

Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Zákony zachování v mechanice (II. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.

Žáci v II. ročníku používají zákony zachování hybnosti a mechanické energie jako pracovní nástroje při srážkách, pohybu v gravitačním poli a při otáčení tuhého tělesa. Navazují na zavedení hybnosti, práce a mechanické energie z 1. ročníku: zde se veličiny nesestavují znovu a neopakuje se soustava SI ani první zápis práce, ale volí se, který zákon je v dané situaci platný a jak ho zapsat pro soustavu těles.

Ústřední je rozlišení izolované soustavy (zachování hybnosti) a soustavy, u níž lze zanedbat disipaci (zachování mechanické energie). U srážek se odděluje dokonale pružná, nepružná a dokonale nepružná srážka podle toho, zda se zachovává i kinetická energie. V gravitačním poli se spojuje změna potenciální energie s rychlostí; u otáčení se hybnost rozšiřuje o moment hybnosti, pokud je výsledný moment vnějších sil nulový.

Výstup G-FYZ-02-004 a obsah G-FYZ-02-007 se naplňují řešením úloh, ne definicemi: žák rozhodne, co se zachovává, sestaví rovnice a ověří, zda výsledek odpovídá typu děje (odraz, spojení těles, pád, rotace).

Předpoklady

Klíčové pojmy

Izolovaná soustava
Soustava, na kterou nepůsobí vnější síly (nebo je jejich výslednice nulová); v inerciální soustavě se pak zachovává vektor hybnosti.
Zákon zachování hybnosti
Celková hybnost izolované soustavy se nemění; u srážek a výstřelů se zapisuje po složkách, ne jen jako součty velikostí.
Zákon zachování mechanické energie
Součet kinetické a potenciální energie je stálý, pokud vnější síly nekonají práci a vnitřní síly jsou konzervativní (tření a odpor vzduchu se zanedbávají nebo se počítají zvlášť).
Pružná a nepružná srážka
U dokonale pružné srážky se zachovává hybnost i kinetická energie; u nepružné jen hybnost, část kinetické energie se přemění na teplo a deformaci; u dokonale nepružné se tělesa spojí.
Pohyb v gravitačním poli
Změna výšky (nebo vzdálenosti od středu Země v nehomogenním poli) se převádí na změnu rychlosti přes zachování mechanické energie, bez nového odvozování práce.
Moment hybnosti
Při otáčení kolem pevné osy, je-li výsledný moment vnějších sil nulový, se zachovává moment hybnosti; vysvětluje změnu úhlové rychlosti při změně momentu setrvačnosti.
Volba soustavy a veličin
Nejdřív se určí, která tělesa tvoří soustavu a které vnější vlivy lze zanedbat; teprve potom se zapíše hybnost, energie, nebo obojí.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    U dvou kulečníkových koulí žáci sečtou velikosti hybností místo vektorů a po šikmé srážce dostanou „větší“ celkovou hybnost než před srážkou.

    Jak na to

    Nakreslete hybnosti jako šipky před a po srážce, rozložte do os a zkontrolujte, že se sčítají složky, ne čísička u šipek.

  • Častá chyba

    Žák u dokonale nepružné srážky (vozíčky se spojí) použije i zachování kinetické energie a vyjde mu stejná rychlost jako u pružné srážky.

    Jak na to

    Nechte spočítat kinetickou energii před a po spojení; rozdíl označte jako energii, která „chybí“ v mechanice, a zapište jen zákon hybnosti.

  • Častá chyba

    U kyvadla nebo jízdy z kopce žáci tvrdí, že se hybnost zachovává, protože „nic zvenku nepůsobí“, a přitom zapomínají na tíži a reakci závěsu.

    Jak na to

    Vypište vnější síly na zvolenou soustavu; ukažte, že hybnost se nemění jen ve vodorovném směru bez tření, zatímco mechanická energie se smí použít, je-li tření zanedbatelné.

  • Častá chyba

    U krasobruslaře stažením paží žáci říkají, že se zvětšila kinetická energie „z ničeho“, nebo naopak že se musí zachovat i kinetická energie otáčení.

    Jak na to

    Zapište zachování momentu hybnosti (Iω) a spočítejte ½Iω² před a po; rozdíl připište práci svalů, ne porušení zákona hybnosti.

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: krátké video nebo pokus se dvěma vozíčky (odraz vs. spojení magnetem) a otázka, co se určitě zachová a co ne.
  2. Jádro: společně sestavit podmínky platnosti zákonů, pak řešit jednu srážku, jeden pád/kyvadlo a jednu úlohu s momentem hybnosti.
  3. Reflexe: žáci u třetí úlohy jen zdůvodní volbu zákona, teprve potom počítají, a porovnají s řešením na tabuli.

Nápady na aktivity

  • Laboratorně nebo s PhET Collision Lab: změřit rychlosti před a po srážce vozíků, ověřit zachování hybnosti a spočítat ztrátu kinetické energie u nepružné srážky.
  • Úlohy na jedné dráze: kulička sjíždí z výšky na vodorovný úsek a srazí se s klidným vozíkem; žáci spočítají rychlost před srážkou z energie a po srážce z hybnosti.

Hodnocení

Písemně: jedna pružná nebo nepružná srážka ve 2D nebo 1D a jedna úloha z gravitačního pole (kyvadlo/skluz); hodnotí se volba zákona a vektorový zápis.

Ústně u tabule: žák u zadaného děje vyjmenuje vnější síly a řekne, zda smí použít hybnost, mechanickou energii, nebo moment hybnosti.

Související témata

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Zákony zachování v mechanice

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Zákony zachování v mechanice jedním klikem.

Základní materiály

Interaktivní aktivity 14

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • G-FYZ-02-004 žák využívá zákony zachování některých důležitých fyzikálních veličin při řešení problémů a úloh
  • G-FYZ-02-007 dynamika pohybu – hmotnost a síla; první, druhý a třetí pohybový zákon, inerciální soustava; hybnost tělesa; tlaková síla, tlak; třecí síla; síla pružnosti; gravitační a tíhová síla; gravitační pole; moment síly; práce, výkon; souvislost změny mechanické energie s prací; zákony zachování hmotnosti, hybnosti a energie

Učíte Zákony zachování v mechanice trochu jinak?

Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.

Napsat ScioBotu

Související témata