fykos výfuk

Seznam experimentů

Následuje seznam standardizovaných úloh, které zařazujeme v rámci experimentálního odpoledne na soustředění. Účastníci pozvaní na soustředění nechť sami projeví svůj případný zájem o určitá témata, a to co nejdříve před soustředěním, abychom přivezli pomůcky (nemůžeme vozit vše a něco si musíme vypůjčit!) Tedy pokud máte vlastní námět, příp. vybavení, dohodněte se nejlépe předem se správcem sekce. Jaké vybavení přitom můžou zajistit organizátoři, naleznete zde, ovšem vypůjčení některé pomůcky není obecně jisté! Pokud si přivezete vlastní počítač, neváhejte jej využít ke zpracování vaší úlohy a vybavte ho užitečným softwarem.

Zařazené úlohy na nejbližší akci jsou označeny (= přivezeme vybavení), můžete se alespoň částečně seznámit s náplní a rozmyslet si, na který experiment se přihlásíte. Během experimentálního odpoledne se vytvoří skupinky po 2-4 studentech, kteří dohromady měří, zpracovávají a potom prezentují vybraný experiment. Celá práce probíhá pod vedením vedoucího, jenž je zodpovědný za zdárné splnění všech úkolů a rozděluje a koordinuje týmovou práci. Zároveň bude vašemu týmu přidělen organizátor, který vám bude nápomocen se zvládnutím teorie experimentu a případně poradí i s jeho realizací. Konference, kterou je experimentální odpoledne zakončeno, je vynikající příležitostí vyzkoušet si prezentaci vlastních výsledků, hledání kompromisu mezi objemem informací a srozumitelností a dalších dovedností nezbytných nejen ve fyzikálním světě. Přejeme vám mnoho zdaru v experimentování.

Obsah kategorií

Mechanika a materiály

Měření Youngova modulu pružnosti v tahu metodou průvěsu závaží v polovině délky drátu

  1. Připomeňte si Hookův zákon a rozborem geometrie pokusu (použijte dvě vhodné standardní aproximace) nalezněte závislost průvěsu drátu h na hmotnosti m zátěže v polovině jeho délky.
  2. Postavte experiment a proměřte závislost h(m).
  3. Navrhněte a proveďte vhodnou metodu ke změření průměru drátu.
  4. Graficky zpracujte měření a proveďte vyhodnocení Youngova modulu pružnosti včetně experimentální chyby (napište skript pro gnuplot k vyhodnocení).
  5. Diskutujte přesnost měření a určete materiál, z něhož je drát vyroben.

Torzní kyvadlo

  1. Změřte direkční moment metodou torzních kmitů a také ho vypočtěte ze známých parametrů materiálů a poloměru.
  2. Porovnejte výsledky měření a výpočtu z předchozího bodu.
  3. Pokuste se určit gravitační konstantu a určete tak i hmotnost Země.
  4. Porovnání měření z 1) graficky zpracujte. Diskutujte přesnost měření 1) i 3).

Vzduchovka a balistické kyvadlo, podzim 2012

  1. Navrhněte co nejpřesnější (!) metody měření rychlosti broku ze vzduchovky (implicitně alespoň pomocí zvukové karty PC) a vyzkoušejte je.
  2. S využitím nejpřesnější metody proměřte závislost času potřebného k průletu určité dráhy brokem.
  3. Graficky zpracujte měření a vyhodnoťte rychlost broku po opuštění hlavně, případně odpor vzduchu.
  4. Najděte závislost amplitudy tlumených kmitů (max. výchylky) balistického kyvadla na čase (resp. periodě).
  5. Realizujte měření rychlosti broku (po opuštění hlavně) pomocí balistického kyvadla.
  6. Graficky zpracujte výsledky a vyhodnoťte tuto rychlost s chybou měření (napište skript pro gnuplot k jejich vyhodnocení).
  7. Srovnejte výsledky metod a jejich přesnost.

Měření g - kyvadlo

  1. Odvoďte vztah pro dobu kyvu matematického i fyzického kyvadla.
  2. Změřte tíhové zrychlení g. Měření proveďte pro několik délek závěsů a porovnejte výsledky vypočtené čistě z modelu matematického kyvadla a výsledky s korekcí na fyzické kyvadlo, případně výsledky s uvážením více členů rozvoje funkce sinus.

Pan Euler a řetízek

  1. Jak souvisí tvar prověšeného řetízku s e - odvoďte si příslušné vztahy.
  2. Změřte e pomocí řetízku - použijte alespoň dvě různé metody a srovnejte získané výsledky.

Akustika

Pythagorův objev ladění – závislost frekvence na délce i napětí struny.

  1. Řešte diferenciální rovnici pro kmity struny, najděte závislost frekvence kmitů na délce a napětí struny.
  2. Naplánujte vhodná měření k ověření teorie a vyzkoušejte si měření frekvence s využitím mikrofonu, zvukové karty notebooku a freewaru Osciloskop včetně odhadu chyby měření (seznamte se se všemi funkcemi programu.)
  3. Proveďte měření a data zpracujte graficky.
  4. Diskutujte přesnost a kvalitativní poznatky z vašeho měření.
  5. Programem osciloskop ve vhodném režimu zkoumejte lidský hlas (např. ženský vs. mužský, znělé a neznělé párové souhlásky), případně zvuk některých hudebních nástrojů, příp. jejich rezonanční dutiny, …
  6. Pomocí programu Osciloskop ve vhodném režimu studujte frekvence pěkných a nepěkných akordů – data zpracujte graficky.
  7. Interpretujte poznatky z bodu 5) a 6) a vysvětlete pojmy tón, výška tónu, síla tónu, akord.

Elektro

Elektromagnetické dělo, podzim 2012

Studijní text hledejte zde.

Regulace napětí a VA charakteristika, odhad Planckovy konstanty

  1. Připomeňte si pojem voltampérová charakteristika a načrtněte příklad pro rezistor, diodu a Zenerovu diodu, příp. další.
  2. Proměřte volt-ampérové charakteristiky a) žárovky, b) LED diody (příp. s různými barvami), c) Zenerovy diody (v obou směrech).
  3. Graficky zpracujte měření a vyhodnoťte (napište skript k vyhodnocení) Zenerovo napětí.
  4. Vysvětlete charakteristiku žárovky.
  5. Vysvětlete princip usměrňování střídavého proudu (pro co nejhladší výstup) a načrtněte časovou závislost napětí na výstupu zdroje, jednocestného a dvoucestného usměrňovače a optimálního usměrňovače.
  6. Body 2) a 5) demonstrujte na osciloskopu.
  7. V případě měření 2-b) zkuste odhadnout velikost Planckovy konstanty a zhodnotit spolehlivost měření.

„Věčné světlo“

  1. Vysvětlete princip „věčného světla“ a funkci jednotlivých součástek.
  2. Rozeberte si světla, která máme k dispozici, a porovnejte je.
  3. Říkávalo se, že "věčné světlo" je podvod, že třepáním se nenashromáždí dostatek energie, aby to fungovalo, a že je v baterce zabudovaná baterie. Je to pravda?

AKO jako zpožďovač, podzim 2012 – náhradní úloha.

  1. Vysvětlete princip funkce astabilního klopného obvodu a zkuste popsat jednotlivé fáze v rámci jedné periody.
  2. Pokuste se najít teoretickou závislost periody překlápění na kapacitě a příp. i odporu.
  3. Teorii z bodů 1) a 2) uveďte v praxi. Ze součástek, které budete mít k dispozici, obvod sestavte a ověřte, zda parametry použitých součástek korespondují s periodou vašeho AKO podle odvozené teorie.
  4. Diskutujte možnost a spolehlivost využití AKO jako zpožďovače.

Elektromotor a dynamo aneb Co je to jarlik?

  1. Prozkoumejte jarlik a navrhněte vhodná měření ke zjištění jeho funkce.
  2. Proveďte navržená měření (např. v závislosti na otáčkách – navrhněte metodu k jejich přesnému měření).
  3. Pokud možno graficky zpracujte naměřená data.
  4. Zodpovězte otázku, co je to jarlik a k čemu slouží.

Elektrochemie

Elektrolýza a výroba H, podzim 2012

  1. Zopakujte si princip elektrolýzy.
  2. Sestrojte aparaturu a jímejte vodík.
  3. Ověřte, že to, co jste najímali, je skutečně vodík.

Termo-magneto-elektrické jevy

Termočlánek a měření vysokých teplot

  1. Seznamte se s potřebnou teorií termoelektrických jevů a vysvětlete měření teploty pomocí termočlánku.
  2. Navrhněte teplotní standardy vhodné ke kalibraci termočlánku (aspoň tři) a tuto kalibraci proveďte.
  3. Sestrojte kalibrační křivku (a příslušnou funkční závislost), pokuste se diskutovat přesnost této metody měření teploty.
  4. Pomocí připraveného termočlánku změřte vybrané vysoké teploty (teplota rozpálené žárovky, teplota plamene svíčky, ohně, zapalovače, kahanu, …).
  5. Odhadněte chybu měření a srovnejte výsledky vašeho měření s literaturou.
  6. Navrhněte jiné metody (fyzikální principy) k měření vysokých teplot.

Optika a optoelektronika

Camera obscura, podzim 2012

  1. Vysvětlete princip camery obscury.
  2. Sestrojte fotoaparát.
  3. Pořiďte a vyvolejte fotografii.

Difrakční spektrometr

  1. Připomeňte si teorii difrakce a aplikujte ji na FYKOSí CD-spektrometr, tj. vysvětlete stupnici na spektrometru a převodní vztah na vlnovou délku z odečteného údaje.
  2. Pomocí laserového paprsku o známé vlnové délce určete mřížkovou konstantu včetně chyby měření; porovnejte ji se standardní hodnotou.
  3. Pozorujte vybraná spektra (žárovka, doutnavka, výbojky, úsporná žárovka, UV zářivka, horské sluníčko, …), případně určete vlnové délky čar nebo konců viditelných pásů.
  4. Spektrum doutnavky zpracujte graficky, čáry znázorněte pomocí Lorenzovy křivky (velikosti maxim odhadněte).
  5. Podle možností spektru přiřaďte prvek (resp. vysvětlete je – zejména spektrum žárovky, určité výbojky apod.).

Dalekohled a mikroskop, podzim 2012

  1. Připomeňte princip Galileova a Keplerova dalekohledu a mikroskopu. Vzpomeňte si nebo vymyslete co nejvíce metod k určení ohniskové vzdálenosti (spojné) čočky.
  2. Pomocí optické lavice a příslušenství sestrojte dalekohled a/nebo mikroskop.
  3. Diskutujte použitelnost vašich přístrojů a proveďte pokusná měření

Skleněný hranol – měření indexu lomu

  1. Navrhněte vhodné a co nejpřesnější metody ke stanovení lámavých úhlů předloženého hranolu a indexu lomu skla, snažte se v nich využít grafické zpracování.
  2. Zpracujte geometrii konkrétního problému a najděte potřebné vztahy.
  3. Proveďte měření a jeho zpracování, pokuste se automatizovat metodu přípravou skriptu pro gnuplot.
  4. Vyhodnoťte chybu měření a diskutujte přesnost metody.
  5. Seznamte se s metodou minimální deviace paprsku po průchodu hranolem (se známými lámavými úhly) a určete index lomu jeho skla včetně experimentální chyby.

Duha

  1. Na hranolech pozorujte a popište, jak se projevuje princip minimální deviace.
  2. Změřte poloměr duhy - pokuste připravit několik různých podmínek (různě velké kapičky) a pozorujte rozdíly.
  3. Porovnejte naměřený poloměr s teoretickou hodnotou.
  4. Pozorujte polarizaci duhy.

Polarizace světla, podzim 2012

  1. Pozorujte optické vlastnosti izolepy, popište je a pokuste se je zdůvodnit.

Tři zlaté vlasy děda vševěda, podzim 2012

  1. Odvoďte vztahy pro difrakci na štěrbině.
  2. Proměřte tloušťku různých vlasů.
  3. Výsledky statisticky a graficky zpracujte. Proveďte diskusi.

Autorem většiny původních předloh úloh byl Pavel Brom. Mnoho vylepšení pak provedla Tereza Steinhartová, která navíc doplnila některé úlohy.

©FYKOS – webmaster@fykos.cz