Kladka a kladkostroj

Žáci porovnají pevnou a volnou kladku, vypočítají ideální sílu potřebnou ke zvednutí břemene a na modelu nebo školní soupravě předvedou použití kladkostroje.

Průvodce tématem Kladka a kladkostroj v předmětu Fyzika pro 7. třídu: 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 Kladka a kladkostroj (7. třída) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

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

Kladka je jednoduchý stroj, který mění směr síly v laně; volná kladka také zmenšuje sílu potřebnou ke zvednutí břemene. Žáci v 7. ročníku rozlišují pevnou kladku, jejíž osa je upevněná a která mění pouze směr tahu, a volnou kladku, jejíž osa se pohybuje s břemenem. U ideální volné kladky stačí tah přibližně poloviční oproti tíze břemene. Výstup CAP-FYZ-002-ZV9-005 se zaměřuje na popis a předvedení použití sil v praktických situacích; žáci proto pracují s modelem, dílenskou soupravou nebo školní pomůckou.

Při výpočtech žáci porovnávají tíhu břemene s tahem v laně a určují, kolik nosných větví lana břemeno podpírá. U ideální kladky bez tření a bez tíhy kladky a lana platí: u pevné kladky F = G, u volné kladky F = G/2 a u kladkostroje F = G/n, kde n je počet nosných větví. Menší potřebná síla znamená, že volný konec lana musíme táhnout po delší dráze; ideálně se tedy vykonaná práce nezmenší.

Téma navazuje na páku a na skládání sil: kladka umožňuje rozložit tíhu břemene do více nosných větví lana. Žáci kreslí schémata, označují síly a na modelu ukazují, kdy kladka zmenšuje potřebný tah a kdy pouze mění jeho směr, například při zvedání kbelíku přes pevnou kladku.

Předpoklady

  • Síla, tíha břemene a značení sil ve schématu
  • Tíha a tíhová síla — vztah G = mg v úlohách o zvedání
  • Skládání sil stejného směru; nosné větve lana podpírají břemeno společně
  • Páka jako jednoduchý stroj, který umožňuje působit menší silou po delší dráze

Klíčové pojmy

Pevná kladka
Kolo s drážkou, jehož osa je upevněná ke stropu nebo stojanu. Lano přes kladku mění směr tahu; v ideálním případě platí F = G. Je tak pohodlnější například táhnout dolů, než zvedat břemeno přímo nahoru.
Volná kladka
Kladka, jejíž osa se pohybuje spolu s břemenem. Břemeno podpírají dvě nosné větve lana, proto v ideálním případě platí F = G/2. Volný konec lana urazí přibližně dvojnásobnou dráhu než břemeno.
Kladkostroj
Soustava pevných a volných kladek. U ideálního kladkostroje závisí potřebná síla na počtu nosných větví n a platí F = G/n. Žáci určují n podle schématu, nikoli podle počtu kladek.
Nosná větev lana
Úsek lana, který podpírá břemeno nebo pohyblivou část kladkostroje. U volné kladky jsou obvykle dvě; u kladkostroje jich může být více. V ideálním modelu určuje potřebnou sílu jejich počet n, nikoli počet kladek.
Ideální kladka
Zjednodušený model bez tření v ose a bez tíhy kladky a lana. Umožňuje počítat potřebnou sílu v 7. ročníku; ve skutečné soustavě je k překonání tření obvykle třeba větší tah.
Zachování práce u jednoduchého stroje
Menší potřebná síla se vykoupí delší dráhou, po které táhneme za konec lana. U ideální kladky zůstává součin síly a dráhy, tedy práce, stejný; kladka energii neušetří, ale změní potřebnou sílu nebo její směr.
Změna směru tahu
Pevná kladka umožňuje táhnout dolů nebo vodorovně, zatímco břemeno stoupá svisle. To se hodí například u jeřábu nebo při zvedání kbelíku ze studny.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    „Když je tam kladka, vždycky stačí polovina síly.“ Žák použije vztah F = G/2 i pro pevnou kladku, protože se domnívá, že každá kladka zmenšuje potřebnou sílu.

    Jak na to

    Zvedněte stejné závaží přímo a přes pevnou kladku a změřte tah siloměrem. Při rovnoměrném zvedání budou hodnoty přibližně stejné, s rozdílem daným třením. Vedle schémat zapište: pevná kladka mění směr, volná kladka ideálně zmenšuje tah na polovinu.

  • Častá chyba

    Žák u volné kladky počítá F = G/2, ale nakreslí jen jednu nosnou větev lana, nebo u kladkostroje dělí tíhu počtem kladek.

    Jak na to

    Na modelu barevně vyznačte nosné větve a zapište jejich počet n před dosazením do vztahu F = G/n. Ukažte, že počet nosných větví nemusí být stejný jako počet kladek.

  • Častá chyba

    „Když táhnu poloviční silou, vykonám i poloviční práci; kladka práci ušetří.“

    Jak na to

    Změřte výšku, o kterou se zvedlo břemeno, a délku staženého lana u volné kladky. Lano urazí přibližně dvojnásobnou dráhu. Vypočítejte součin síly a dráhy při přímém zvedání a přes kladku a výsledky porovnejte.

  • Častá chyba

    Žák zamění volnou a pevnou kladku: volnou upevní ke stropu, nebo očekává, že se osa pevné kladky zvedne s břemenem.

    Jak na to

    Před pokusem ať žáci ukážou, která část je upevněná a která se pohybuje. Pak společně překreslete schéma a označte v něm pevnou osu nebo osu pohybující se s břemenem.

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: Zvedněte kbelík přímo a přes pevnou kladku. Žáci odhadnou, zda a jak se změní údaj siloměru.
  2. Uvědomění: Na modelu porovnejte pevnou a volnou kladku, odvoďte vztahy F = G a F = G/2 a poté sestavte jednoduchý kladkostroj a určete počet nosných větví n.
  3. Reflexe: Žáci ve dvou schématech vyznačí síly a jednou větou popíší, zda kladka změnila směr tahu, jeho velikost, nebo obojí.

Nápady na aktivity

  • Měření siloměrem: Zvedněte stejné závaží rovnoměrně přímo, přes pevnou kladku a přes volnou kladku. Zapište tah, porovnejte jej s tíhou břemene a s polovinou tíhy a vysvětlete případné rozdíly třením.
  • Dílna nebo stavebnice: Sestavte kladkostroj s přehledným vedením lana, určete počet nosných větví, předveďte zvednutí břemene a vypočítejte ideální tah. Spolužáci ověří počet větví podle schématu.

Hodnocení

Žák ve schématu rozliší pevnou a volnou kladku, určí počet nosných větví n a vypočítá ideální sílu potřebnou ke zvednutí břemene se zadanou tíhou.

Žák na modelu předvede použití kladky nebo kladkostroje a vysvětlí, jak se změnil směr tahu a jeho velikost (CAP-FYZ-002-ZV9-005).

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Kladka a kladkostroj

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

Základní materiály

Interaktivní aktivity 15

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • CAP-FYZ-002-ZV9-005 Popíše a předvede použití sil a tlaku v konkrétních praktických aplikacích (páka, kladka, tlak v tekutinách, Archimédův zákon).

Učíte Kladka a kladkostroj 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