Tlak v kapalinách vyvolaný vnější silou

Tlak v kapalinách vyvolaný vnější silou navazuje na tlak a tlakovou sílu a na hydrostatický tlak. Žáci zjišťují, že v uzavřené nádobě s kapalinou se tlak vyvolaný pístem nebo stlačením přenáší do všech míst kapaliny stejně a všemi směry. Tomuto pravidlu se říká Pascalův zákon.

V hodině se ukáže jednoduchý pokus (stříkačka, hadička, dva písty) a spočítá se hydraulický lis: stejný tlak na malém i velkém pístu znamená, že větší plocha dá větší sílu. Žáci rozlišují hydrostatický tlak (od tíhy sloupce kapaliny) a tlak od vnější síly a umí říct, kde se to používá (lis, brzdy, zvedák).

Výstup CAP-FYZ-002-ZV9-005 žádá popsat a předvést použití sil a tlaku v tekutinách. Zde žáci předvedou přenos tlaku a spočítají síly na pístu z p = F/S.

Předpoklady

• Tlak a tlaková síla, vztah p = F/S a jednotka pascal
• Hydrostatický tlak jako tlak od tíhy sloupce kapaliny
• Síla a její účinky; převody jednotek plochy a síly

Klíčové pojmy

Pascalův zákon

Tlak vyvolaný vnější silou na kapalinu v uzavřené nádobě se přenáší všemi směry stejně do všech míst kapaliny.

Uzavřená kapalina

Kapalina vyplňuje nádobu bez volného úniku; teprve tehdy se vnější tlak rovnoměrně přenáší na stěny i na další píst.

Tlak od vnější síly

p = F/S, kde F je síla na píst a S je obsah styčné plochy pístu s kapalinou; tento tlak se v kapalině sčítá s hydrostatickým tlakem.

Hydraulický lis

Dva písty spojené kapalinou: p₁ = p₂, proto F₁/S₁ = F₂/S₂. Větší píst nese větší sílu při stejném tlaku.

Převod síly

Malou silou na malém pístu lze na velkém pístu získat velkou sílu; dráha malého pístu je přitom větší (práce se „neztrácí“ v ideálním modelu).

Odlišení od hydrostatického tlaku

Hydrostatický tlak roste s hloubkou; tlak od vnější síly je v ideální nehybné uzavřené kapalině ve všech místech stejný (kromě příspěvku hloubky).

Jednotky a zápis

Síla v newtonech, plocha v metrech čtverečních, tlak v pascalech; u lisu se často počítá v cm² a pak se převádí.

Časté miskoncepce

• Častá chyba

  Žák napíše F₂ = F₁, protože „tlak je všude stejný, tak i síla musí být stejná“.

  Jak na to

  Na tabuli vedle sebe: p stejné, S různé. Spočítat F = p·S pro oba písty z týchž čísel; ukázat, že stejný tlak na větší ploše dá větší sílu.

• Častá chyba

  Žák počítá lis jako F₂/F₁ = S₁/S₂ (převrácený poměr) nebo míchá cm² a m².

  Jak na to

  Nechat ho nejdřív převést obě plochy na stejné jednotky, pak zapsat F₁/S₁ = F₂/S₂ a dosadit; zkontrolovat, že větší S patří k větší F.

• Častá chyba

  Žák řekne, že Pascalův zákon platí i v otevřené vaně nebo v kbelíku, protože „voda tlačí všude“.

  Jak na to

  Porovnat otevřenou nádobu (volná hladina, únik, jen hydrostatický tlak) se dvěma spojenými stříkačkami; zdůraznit slovo uzavřená.

• Častá chyba

  Žák slučuje hydrostatický tlak s tlakem od pístu: „čím hlouběji píst, tím větší síla na druhém pístu“.

  Jak na to

  Nakreslit dva stejně vysoké písty a změnit jen S; pak zvlášť ukázat, že hloubka přidává ρhg, ale převod síly u lisu je z F/S.

Jak učit

2–3 hodiny

1. Evokace: stlačit uzavřenou stříkačku s hadičkou a druhou stříkačkou — žáci předem řeknou, co se stane s druhým pístem.
2. Jádro: zapsat Pascalův zákon, odvodit F₁/S₁ = F₂/S₂ a spočítat 2–3 úlohy na lis (včetně převodu plochy).
3. Reflexe: žáci jednou větou oddělí hydrostatický tlak od tlaku od vnější síly a uvedou jednu praktickou aplikaci (lis, brzdy, zvedák).

Nápady na aktivity

• Pokus: dvě stříkačky různých průměrů spojené hadičkou s vodou; změřit posun a odhadnout poměr sil podle ploch pístů.
• Výpočet ve dvojicích: dané F₁, S₁, S₂ — dopočítat F₂ a zkontrolovat, že p vyjde stejné na obou pístech.

Hodnocení

Žák slovně uvede Pascalův zákon a na nákresu lisu označí, že tlak na obou pístech je stejný.

Žák spočítá neznámou sílu nebo plochu z F₁/S₁ = F₂/S₂ a výsledek uvede se správnou jednotkou.

Související témata

• Tlak a tlaková síla
• Hydrostatický tlak
• Atmosférický tlak
• Archimédův zákon
• Páka a otáčivé účinky síly
• Síla — první seznámení

Zdroje

• Rámec vzdělávacích programů — prohlednout.rvp.cz
• PhET: Under Pressure / Fluid Pressure and Flow
• edu.gov.cz — vzdělávací portál MŠMT

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Tlak v kapalinách vyvolaný vnější silou

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Tlak v kapalinách vyvolaný vnější silou jedním klikem.

Základní materiály

• Příprava na hodinu

  Kompletní příprava s cíli, průběhem a aktivitami.

• Pracovní list

  List s úlohami, klíčem a variantou.

• Písemka

  Časovaná písemka s body a variantami.

• Aktivita

  Aktivita do hodiny, kterou žáci hned spustí.

• Prezentace

  Sada slajdů k výkladu a procvičení.

• Kartičky

  Materiál k tisku (kartičky, plakát, pracovní list).

• QR hra

  Interaktivní hra k procvičení tématu.

Interaktivní aktivity 14

• Křížovka s tajenkou

  Legendová křížovka, kde se ve sloupci skrývá tajenka. Skvělá na opakování pojmů.

  10–20 min

• Kartičky

  Sada oboustranných kartiček na učení pojmů a definic. Žáci si je procvičí překlápěním.

  5–20 min

• Pexeso a spojovačka

  Dvojice kartiček s obrázky, pojmy nebo příklady. Spojovačka, pexeso i volné třídění – ideální na slovní zásobu i opakování.

  10–25 min

• Rozhodovačka

  Rychlé rozhodování mezi možnostmi s okamžitou zpětnou vazbou.

  5–12 min

• Otázky

  Sada otázek s výběrem odpovědí; jedna nebo více správných. Okamžitá sebekontrola.

  5–15 min

• Vpisování

  Žáci dopisují krátké odpovědi a ihned vidí, zda se trefili.

  5–15 min

• Rozřazovačka

  Žáci přetahují kartičky do správných kategorií.

  5–15 min

• Rozbory

  Žák přiřazuje značky k částem věty nebo výrazu — větné členy, slovní druhy, větné rozbory. Sebevyhodnocovací procvičování.

  10–20 min

• Označování

  Žáci označují správná slova přímo v textu.

  5–15 min

• Doplňování textu

  Žáci doplňují chybějící slova přímo do vět nebo krátkého textu.

  5–15 min

• Krok po kroku

  Žáci řadí kroky procesu do správného pořadí.

  5–15 min

• Popis obrázku

  Diagram s očíslovanými špendlíky. Žáci přiřazují popisky k částem obrázku — biologie, zeměpis, anatomie.

  5–15 min

• Přesouvání

  Žáci přetahují kartičky do přesně určených slotů.

  5–15 min

• Čtení s porozuměním

  Žáci čtou krátký text a odpovídají na otázky k jeho obsahu.

  10–25 min

K tisku a rozstříhání 8

• Páry

  Kartičky se dvěma polovinami, které k sobě patří (např. datum–událost). Žáci je vystřihnou a párovají.

  10–20 min

• Výběr z možností (s tajenkou)

  Kartičky s úlohami a třemi možnostmi. Písmena u správných odpovědí složí tajenku — žák si tak řešení zkontroluje sám.

  10–20 min

• Doplňování do vět

  Věty s výběrem ze dvou možností uvnitř — žák zakroužkuje správnou.

  10–20 min

• Hra Riskuj

  Kvízová hra se třemi podtématy a otázkami různé hodnoty — klasický formát Riskuj / Jeopardy.

  15–30 min

• Hra AZ kvíz

  28 otázek na hexagonální hrací pole — cílem je spojit všechny tři strany.

  15–35 min

• Označ správnou možnost

  Kartičky s otázkou a čtyřmi možnostmi — žák označí správnou (např. kolíčkem).

  10–20 min

• Já mám, kdo má …?

  Kartičky s tvrzením a otázkou — žáci je čtou v kruhu a hledají navazující odpověď.

  10–25 min

• Hádej, kdo jsem

  Kartičky s popisem osobnosti, věci nebo zvířete v 1. osobě — žáci tipují, o koho/co jde.

  10–25 min

Hry pro celou třídu 4

• AZ kvíz

  28 otázek na hexagonálním hracím poli — cílem je spojit všechny tři strany. Včetně náhradních ANO/NE otázek.

  15–35 min

• Riskuj

  Klasická hra se 5 kategoriemi a otázkami za 100–500 bodů — týmy soutěží o nejvyšší skóre.

  15–40 min

• Pexeso

  Klasické pexeso s 10 dvojicemi (pojem ↔ popis) — dva týmy se střídají a hledají shody.

  10–25 min

• Šarády

  Šarády se 12 úkoly (mluvení, kreslení, pantomima) — dva týmy hádají, kdo uhodne první, dostane bod.

  15–30 min

Očekávané výstupy