PETlušky a jiné nápady pro tvořivou práci dětí

PET láhve dávají velké možnosti pro demonstraci fyzikálních jevů – mají různý tvar, objem, jsou průhledné, barevné, pevné, lehce se deformují, řežou, propichují, propalují, dobře se uzavírají svými uzávěry i uzávěry od lahví z mycích prostředků:

a) lze z nich vyrobit nádoby různých velikostí a tvarů k různému použití pro laboratoř (sklenice, misky, odměrné nádoby, trychtýře,kola,…)

b) celé PET láhve a jejich části můžeme využít k demonstraci některých fyzikálních jevů a zákonitostí

c) z PET lahví můžeme zhotovovat i různá fyzikální zařízení či vědecké hračky.

V následujícím textu jsou uvedeny některé ukázky k využití ve výuce (problémové úlohy, motivace, upevňování učiva, opakování) i jako domácí práce pro rozvoj tvořivého myšlení a dovedností dětí. Všechny projekty byly odzkoušeny.

Obsah

1. Mechanika
   • Beztížný stav padajícího tělesa
   • Záhadná obruč
   • Hlavolam
   • Přesýpací hodiny
   • Mechanická housenka
   • Velká fazole
2. Hydromechanika
   • Sifon
   • Záhadné nádoby
3. Aeromechanika
   • Model plic
   • Kouzelná láhev
   • Větrník
4. Elektřina
   • Jednoduchý elektroskop
   • Vana pro elektrolýzu
5. Magnetismus
   • Chaotická kyvadla
   • Magnetické autíčko
6. Molekulová fyzika
   • Vodní cop
7. Termika
   • Netradiční vaření
   • Nasávavačka
   • Bublinková fontána
8. Kmitání, vlnění, akustika
   • Akustické zhášedlo
   • Jednoduchý telefon
   • Siréna
9. Optika
   • Záhadná láhev

Mechanika

Beztížný stav padajícího tělesa

(gravitační síla, beztížný stav)

Potřeby: PET láhev, olůvko s dírkou, gumička

Do uzávěru láhve uděláme otvor, kterým provlečeme tenkou gumičku a upevníme uzlíkem. Na druhý konec gumičky připevníme kousek olova (matičku). Láhev zavěsíme na provázek, zdvihneme ji do určité výšky a pustíme dolů. Olůvko se na krátký okamžik ocitne v beztížném stavu, což se opticky projeví tak, že pozorovatel má pocit, jako by se pohybovalo směrem vzhůru k hrdlu láhve.

Záhadná obruč

(těžiště, poloha tělesa stabilní a vratká)

Potřeby: PET láhve různých rozměrů, matičky

Z velké 5 l PET nádoby vyřízneme 2 obruče. Zevnitř nalepíme izolepou l – 2 mince (matičku). Obruč dáme na stůl (zátěž je v horní části). Obruč se začne pohybovat a zastaví se, když bude zátěž dole. Postavíme-li obruč na dolní část nakloněné roviny podobným způsobem, bude se určitou dobu pohybovat nahoru. Čím bude mít obruč větší průměr, tím výše se dokutálí.

Těžiště obruče je vysoko, jen malý kousek pod zátěží. Proto má obruč vratkou polohu. Začne se kutálet a kutálí se do té doby, než se těžiště dostane do své nejnižší polohy vzhledem k podložce.

Hlavolam

(otáčivý pohyb, odstředivá síla)

Potřeby: 2 stejné PET láhve, 2 kuličky (vhodné jsou např. skleněné nebo ocelové), izolepa

Ze dvou PET lahví odřízneme dna a do každé dáme jednu kuličku. Pak je zasuneme do sebe v místě, kde byly seříznuty, a slepíme širokou izolepou.

Úkolem je dostat kuličky do různých hrdel lahví.

Kuličky jsou uprostřed soupravy. Soupravu volně položíme na vodorovnou rovinu stolu a roztočíme ji kolem svislé osy. Při otáčení působí na kuličky odstředivá síla a kuličky se vzdalují od středu otáčení.

Přesýpací hodiny

(měření času)

Potřeby: 2 stejné PET láhve, 2 plastová víčka od velké Ramy, lepidlo, písek

2 PET láhve uřízneme v polovině. 2 jejich uzávěry slepíme kruhovou plochou k sobě a po zaschnutí do nich provrtáme otvor o průměru asi 2 mm.Otvor pečlivě zabrousíme pilníkem. Písek propereme, usušíme a prosejeme. Písek nasypeme dovnitř soupravy a k uříznutým částem lahví přilepíme podstavce z velkých víček z kelímků od tuků (např. od Ramy). Před kompletní montáží odzkoušíme množství písku tak, aby hodiny odsypávaly potřebný čas, např. 3 minuty.

Písek se přesypává z horní láhve, protože je přitahován gravitační silou. Vzhledem k tomu, že je vždy v horní části stejné množství písku a otvor je stále stejný, dochází k přesypávání písku vždy ve stejném časovém intervalu.

Mechanická housenka

(pohyb tělesa, trajektorie)

Potřeby: 30 stejných PET lahví, brčka, korálky, provázek, míček, 60 šroubovacích víček od zavařovacích sklenic, několik krátkých jehlic (příp. kusů rovného drátu), sekundové lepidlo

Ze 30 PET lahví od minerálky uřežeme spodní části (ve výšce asi 7 cm). Uprostřed dna těchto misek propálíme malé otvory. Pak je spojujeme provázkem a vkládáme mezi ně kousky brček a korálky. Upravíme tak, aby jednotlivé části k sobě přiléhaly a mohly se zároveň pohybovat nahoru a dolů Stejným způsobem připojíme k tělu hlavu vytvořenou z horní části láhve nebo míčku. Do prvního a pak do každého čtvrtého dílu těla propálíme dole 2 podélné otvory na protažení os kol. Osy zhotovíme z krátkých jehlic na pletení nebo rovného silnějšího drátu (lze použít i špejle). Jehlice se musí po protažení otvory volně protáčet. Kola zhotovíme ze šroubovacích víček od zavařenin. Do každého víčka uděláme asi v jedné čtvrtině průměru hřebíkem otvor. Pak kola navlečeme na jehlice. Kola z boku i zevnitř zajistíme navlečenými a pak zalepenými kolečky z korkové zátky. K hlavě připevníme provázek (50 – 70 cm).

Táhneme-li housenku za provázek, pohybuje se nejen dopředu, ale její tělo koná i pohyb vlnovkovitý. Je to způsobeno tím, že kola nejsou upevněna ve středu, ale v jedné čtvrtině průměru kola (tzv.excentrické připojení kol).

Velká fazole

Potřeby: 2 stejné menší PET láhve, gumový míček, matičky, izolepa

Obě PET láhve rozřízneme asi v polovině. Míček nařízneme, naplníme ho matičkami a zalepíme izolepou. Míček vložíme do jedné spodní odříznuté části, další spodní část nasuneme a zalepíme izolepou. Po zalepení pouštíme naši hračku dolů po nakloněné rovině, jejíž povrch nesmí být hladký. Hračka koná zajímavý pohyb – při pohybu dolů skáče a převrací se.

Plastový obal hračky je podstatně lehčí než míček. Proto se míček bude po nakloněné rovině pohybovat větší rychlostí. Se změnou polohy míčku v obalu se mění i poloha těžiště celé hračky a to tak, aby těžiště bylo nad opěrnou plochou (oblá část). Obal se postaví a zároveň se setrvačností vychýlí ze stabilní polohy. Míček tíhovou silou překlopí obal zpět k nakloněné rovině, začne se pohybovat a děj se opakuje…

Hydromechanika

Sifon

(hydrostatický tlak, vysvětlení funkce sifonu)

Potřeby: PET láhev, hadička (plastová, gumová)

Sifon můžeme lehce zhotovit z gumové nebo plastové hadice o menším průměru a horní části PET láhve. Do uzávěru láhve uděláme otvor a napevno do něj umístíme pružnou hadičku a zahneme ji podle obrázku. Nálevku naplníme vodou.

Voda bude vytékat z trubičky jen tehdy, když ji bude zcela zakrývat.

Záhadné nádoby

(Archimédův zákon)

Potřeby: 2 PET láhve různých rozměrů

Vezmeme 2 PET láhve různých rozměrů. Menší láhev částečně naplníme vodou a umístíme ji do větší láhve, ze které jsme uřízli horní část. Mezi obě láhve nalijeme vodu. Pokud vnitřní láhev s vodou plove, je úroveň hladin vody v obou nádobách stejná, ať ji doléváme do kterékoliv z nich.

Aeromechanika

Model plic

Potřeby: PET láhev, 2 brčka, 2 nafukovací balónky, provázek, chirurgická rukavice, gumička, izolepa

Dno láhve odřežeme. Na hrdlo láhve natáhneme nafukovací balónek a zastrčíme ho dovnitř. Na odřezanou spodní část láhve natáhneme blánu z dalšího balónku nebo chirurgických rukavic, dobře přichytíme gumičkou a pak zalepíme izolepou. Při protažení blány ven se objem vzduchu uvnitř zvětšuje, tlak vzduchu zmenšuje pod hodnotu atmosférického tlaku a balónek se nafoukne. Při prohýbání spodní blány dovnitř se objem vzduchu zmenšuje, tlak vzduchu zvětšuje nad hodnotu atmosférického tlaku a balónek se vyfukuje. Opakujeme –li periodicky pohyb blány, vytvořili jsme model plic. Spodní blána zobrazuje pobřišnici, balónek plíce. Jednotlivé etapy – pobřišnice jde dolů = vdech, pobřišnice jde nahoru = výdech.

Kouzelná láhev

Potřeby: PET láhev, plastový kelímek

Vezmeme PET láhev (1,5l nebo 2l) a lehkou plastovou nádobku (kelímek od jogurtu)

Odřízneme horní část láhve. Kelímek se musí vejít dovnitř tohoto otvoru a musí láhev uzavírat jako poklička. Do láhve nalijeme vodu, uzavřeme kelímkem (dno kelímku dovnitř PET láhve) a převrátíme tak, aby hrdlo láhve směřovalo dolů. Přitom opatrně přidržujeme kelímek Pak kelímek pustíme a pozorujeme, že voda z láhve nevytéká. Na kelímek zespodu působí atmosférický tlak, který je větší než tlak vody a vzduchu uvnitř.

Větrník

(tlaková síla vzduchu, přeměna energií)

Potřeby: PET láhev 1,5 l, drát , podložka (polystyrén)

Z PET láhve odřízneme dno ve výšce 3 cm. Zbytek láhve podélně rozřízneme až k zúžení na asi 10 proužků. Tyto pásky vytvarujeme – ohneme kolmo k ose a mírně šikmo nakloníme na směr větru. Uzávěr láhve a odříznuté dno provrtáme. Toto dno pak vmáčkneme spodní částí dovnitř části s páskami. Otvory provlečeme drát (průměr asi 2 mm), který zajistíme zvenku proti vyvlečení kuličkou a izolepou. Drát na koncích ohneme a zapíchneme do podložky.

Větrník vystavíme působení proudícího vzduchu, který naráží na nakloněné lopatky a tím ho celý roztáčí.

Můžeme ho využít i na měření rychlosti větru.

Elektřina

Jednoduchý elektroskop

(elektrovaná tělesa, el.náboj)

Potřeby: plastová láhev, alobal, tenký papír, izolepa, plastová tyč, kožešina

Odřízneme horní část láhve a vnitřek obalíme alobalem. Zvnějšku připevníme pomocí izolepy pásky tenkého papíru.

Dáme-li dovnitř elektrovanou tyč, pásky papíru se nadzvedávají.

Vana pro elektrolýzu

(vedení el. proudu v kapalinách)

Potřeby: PET láhev, 2 staré el. články (ploché baterie), drát, tavná pistole

Z velké 5 l PET láhve odřízneme spodní část (můžeme vyrobit i z menší láhve). Ve dnu uděláme dva otvory, do kterých umístíme dvě uhlíkové tyčinky z elektrických článků. K tyčinkám vodivě připojíme izolované vodiče, a plastovou hmotou z tavné pistole jednak upevníme připojení vodičů k tyčinkám a jednak pečlivě uzavřeme otvory pro tyčinky, aby z nádoby nemohla vytékat kapalina.

Vyrobili jsme vanu pro elektrolýzu.

Magnetismus

Chaotická kyvadla

(magnetická síla, souhlasné a opačné póly magnetu)

Potřeby: 2 PET láhve, tenký drátek, provázek, malé magnety

Ze dvou PET lahví odstřihneme zespodu misky o výšce asi 10 cm. Doprostřed každé misky nalepíme malý magnet. Pod horním okrajem každé misky uděláme v rovnoměrné vzdálenosti tři otvory. V nich uchytíme 3 tenké drátky, které spojíme a zavěsíme na ně opět malý magnet. V první misce bude magnet otočen souhlasným pólem ke spodnímu magnetu a ve druhé misce opačným pólem. Nalepením mušek nebo motýlů můžeme zhotovit zajímavou hračku.

Pak sleduje rozdíly v chování obou magnetů.

Magnetické autíčko

(magnety, magnetická síla, souhlasné a opačné póly magnetu)

Potřeby: PET láhev, magnety, uzávěry z PET lahví, drát (špejle)

Z malé PET láhve, drátu (špejlí) a koleček z víček vyrobíme lehké auto. Do víčka vlepíme silnější menší magnet. Pak stačí vzít do ruky další magnet a jeho působením vyzkoušíme pohyb auta dopředu i dozadu.

Molekulová fyzika

Vodní cop

(povrchové napětí)

Potřeby: PET láhev, vanička

V PET láhvi v blízkosti dna uděláme 3 malé otvory ve vzdálenosti 3 mm od sebe. Láhev naplníme vodou. Z otvorů bude vytékat voda třemi proudy. Otáčivým pohybem prsty rukou spojíme proudy. Slijí se tak v jeden větší proud připomínající cop.

Kapalina se snaží získat tvar, při kterém je její povrchové napětí minimální.

Termika

Netradiční vaření

(teplo, teplota, tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita)

Potřeby: PET láhev, plynový vařič, kolíčky

Z PET láhve uděláme vyšší misku. Naplníme ji vodou, uchopíme do kolíčků a dáme nad plamen. Pomalu dokola pohybujeme, a to tak, aby nad plamenem byla vždy jen část s vodou. Láhev dole zčerná, ale nerozteče se. Voda se ohřívá.

Voda odebírá od plastové láhve teplo, a ta se nestačí zahřát na teplotu potřenou k roztavení.

V takovéto misce můžeme usmažit i vajíčko. Z velké 5 l PET láhve můžeme vyrobit i rodinnou pánvičku na 3 – 4 vajíčka

Nasávavačka

(změna teploty a tlaku, atmosférický tlak, podtlak)

Potřeby: celá PET láhev, talíř, horká voda

Do hlubokého talíře nalijeme 300 ml (i více) vody. PET láhev oplachujeme chvíli horkou vodou, čímž se ohřeje i vzduch uvnitř láhve. Pak postavíme láhev hrdlem do vody. Láhev i vzduch uvnitř se ochlazují, tlak vzduchu se tak uvnitř snižuje a voda z talířku se začne nasávat do láhve vlivem většího atmosférického tlaku působícího na hladinu vody v talířku. Do 2-litrové láhve se nasaje asi 250 ml, do malé asi 100 ml.(Obarvíme-li vodu, bude pokus efektnější.)

Bublinková fontána

(sluneční záření, pohlcování záření, teplotní roztažnost vzduchu)

Potřeby: 2 stejné PET láhve, hadička, černá barva, dřevo na podstavec

2 l PET láhev natřeme matnou černou barvou. Ze druhé 1,5 l PET láhve odřízneme asi v polovině dolní část. Plastové uzávěry lahví slepíme k sobě a provrtáme podle průměru hadičky. Do otvoru hadičku zasuneme a utěsníme ji. Láhve spojíme sešroubovanými uzávěry. Tuto soupravu pak můžeme připevnit úzkými pásky k dřevěnému podstavci tvaru „L“, který bude světlý (bílý). Do horní láhve nalijeme vodu a stočíme v ní hadičku koncem k uzávěrům. Celou soupravu vystavíme slunečnímu záření.

Černá barva pohlcuje sluneční záření, proto se láhev se vzduchem zahřívá. Vzduch v láhvi zvětšuje svůj objem a postupně uniká hadičkou přes vodu v podobě vzduchových bublinek.

Kmitání, vlnění, akustika

Akustické zhášedlo

(vznik a šíření zvuku)

Potřeby: PET láhev, chirurgická rukavice, gumička, izolepa, svíčka

Z PET láhve odřízneme dno. Z chirurgické rukavice vystřihneme blánu, kterou zakryjeme spodní část láhve, napneme ji a připevníme ji gumičkou a izolepou.

Svíčku zapálíme. Do vzdálenosti asi 2.5 cm od svíčky přiložíme hrdlo láhve. Pak silně udeříme na blánu. Plamen svíčky zhasne.

Bubnováním se blána rozechvěje. Od ní se rozechvějí i částice vzduchu v jejím okolí, chvění částic se postupně šíří a až dorazí ke svíčce, uhasí plamen.

Jednoduchý telefon

(šíření zvuku různými látkami)

Potřeby: 2 PET láhve, provázek, hadice, tavná pistole

Ze 2 PET lahví odřízneme dolní části. Vzniklé trychtýřky i s uzávěry a spojíme napnutým provazem.

Jiný telefon vyrobíme, když trychtýřky spojíme hadicí. Výhodou tohoto telefonu je, že hadice nemusí být napnutá.

Siréna

(vznik a šíření zvuku, rezonance)

Potřeby: menší plastová PET láhev, nápojová plechovka, nafukovací míček, izolepa

Z nápojové plechovky (0,5 l a 0,33 l) odstřihneme horní část tak, aby zůstal okrajový vyztužený kruh. Z této plechovky také odstřihneme její dno.

Pak odstřihneme dno malé PET láhve (O,5 l). Z většího nafukovacího balónku vystřihneme blánu, kterou natáhneme přes zpevněný okraj horní části plechovky a připevníme ji po obvodu dobře izolepou. Pak do plechovky zasuneme hrdlem směrem k bláně ustřiženou PET láhev tak, aby se blána z balónku trochu prohnula.Plechovku přilepíme k láhvi izolepou.

Pak uděláme v plechovce otvor průměru 0,5 cm (asi 1 cm od membrány v místě, kde se láhev nedotýká plechovky).

Do otvoru silně foukneme. Mezi plechovkou a lahví vznikne přetlak, blána se vychýlí od hrdla láhve. Z láhve začne štěrbinou unikat vzduch, v tomto místě vznikne podtlak a blána se přitáhne zpět k hrdlu láhve. Děj se opakuje. Membrána se velmi rychle rozkmitá. PET láhev má funkci rezonátoru. Zvuk nám připomíná lodní sirénu.

Optika

Záhadná láhev

(úplný odraz)

Potřeby: menší PET láhev, velká 5 l PET láhev nebo lépe akvárium, tužka

Z velké 5 l láhve odřízneme horní část a uděláme z ní vanu, do níž nalijeme vodu (objem vody představuje asi tři čtvrtiny objemu vany). Vezmeme PET láhev 0,5 l a dáme do ní tužku.

Tuto láhev ponoříme pod vhodným úhlem do vody ve velké nádobě.

Uvidíme, že se láhev stala stříbrnou jako zrcadlo a tužka v  části láhve, která je ponořená, je neviditelná.

Nalijeme do PET láhve s tužkou trochu vody a opakujeme pokus. Část láhve, v které je voda, se stala viditelnou spolu s tužkou, zbylá část se leskne.

Úplný odraz můžeme pozorovat i s využitím horní části PET láhve s uzávěrem. Tuto část ponoříme svisle do vody, stane se stříbřitou. Dáme-li pod ni víčko, zmizí.