Jednoduchý „gumičkový motor“ dokáže proměnit obyčejnou papírovou vlaštovku ve skutečný experimentální model, na kterém můžeme zkoumat fyziku letu, energii, tření i aerodynamiku – a to zábavně, bezpečně a s minimálními náklady.

Jak na to

Složte z listu papíru vlaštovku (letadlo). Na úvod zvolte klasický model s delším trupem a širšími křídly, ideální je přehnutá (= vyztužená) špička.

Do spodní části přídě (nosu / špičky letadla) udělejte mírně zkosený zástřih jako na fotografii – otvor pro zaklesnutí gumičky.

Nasaďte gumičku do připraveného otvoru a natáhněte ji – letadlo v jedné ruce (blíže k vašemu tělu), gumičku zaháknutou za palec natažené druhé paže.

Vypusťte letadlo. Letadlo vyletí dopředu s překvapivou rychlostí.

Zkoušejte různé varianty vlaštovek – s větším rozpětím křídel, menší špičkou, kratší modely apod.

Tento jednoduchý experiment je doslova učebnicí mechaniky v praxi. Vystřelením letadla pozorujeme přeměnu energie. Když natáhneme gumičku, ukládáme do ní potenciální energii pružnosti. Po uvolnění se tato energie mění na pohybovou (kinetickou) energii, která udělí letadlu počáteční hybnost, tedy rychlost.

Podle 2. Newtonova zákona (F = m×a) závisí zrychlení letadla na síle, jakou gumička působí na letadlo, a na hmotnosti letadla. Tím pádem můžeme experimentovat i s druhem papíru – lehčí či těžší letadla budou létat jinak. Také můžeme přidávat na letadla závaží ve formě kancelářských sponek.

Je dobré si vysvětlit i aerodynamiku letu vlaštovky. Letadlo drží ve vzduchu vztlak, který vzniká prouděním vzduchu kolem křídel. Pokud je ale příliš těžké nebo má nevhodný úhel náběhu, rychle spadne. S tím se nabízí další výzkumné otázky: jak tvar křídel ovlivňuje délku letu, proč se letadlo někdy stáčí, jaký úhel startu je ideální…

A nezapomeňte, že letadlo brzdí odpor vzduchu, proto jde i o šíři profilu letadla – další ideální téma pro pozorování a měření.

Lektorské tipy

Začněte jednoduchým experimentem, aby byl snadný jasný úspěch — letadlo s výchozím tvarem.

Navrhujte vlastní modely a porovnávejte výsledky. Nebojte se modifikací – co se stane, když přidáte zátěž? Jaký tvar a jaká velikost křídla je nejlepší? Jakou zátěž můžeme dodat? Kam je nejlepší umístit odpalovací gumičku? …

Přidejte precizní měření, sestavujte tabulku doletů pro různé modifikace.

Můžete kreativně tvořit i vzhled letadla.

Zaznamenávejte výsledky a diskutujte – nechte děti popisovat, co je překvapilo, co zafungovalo, nebo naopak selhalo.

Pro vysvětlení a motivaci můžete také využít vhodné internetové zdroje:

Vysvětlení principu létání textově: blueskyaviation.cz/podstata-letani

Vysvětlení principu létání video: edu.ceskatelevize.cz/video/7571-proc-letadlo-muze-letet

Trocha historie i teorie: www.youtube.com/watch?v=Oh1kAGapbhs

Pozorování a experiment: Jak padají listy?

Všimli jste si někdy rozmanitosti, se kterou listy volně klesají k zemi? Některé se kymácí, jiné se pomalu vznáší, a některé padají přímo dolů. Co způsobuje, že se každý list pohybuje jinak? Klíčem je tvar a velikost listu – dva faktory, které mají zásadní vliv na jeho pád.

Pomůcky: různé druhy papíru (měkký, tvrdý), nůžky, kancelářské svorky.

Postup:

1. Vezmi list papíru a pusť ho z výšky. Sleduj, jak padá.

2. Vyzkoušej to samé s tvrdším papírem (například čtvrtkou). Co se změní? 

3. Zkus různé velikosti papíru a sleduj, jak jejich rozměry ovlivňují pohyb vzduchem.

Zajímavé zjištění: Děti často předpokládají, že těžší předměty, jako jsou kaštany, žaludy, bukvice padají rychleji než listy kvůli jejich vyšší hmotnosti. To není ale hlavní důvod. Nakonec i velmi hmotný parašutista se dokáže pomalu snášet k zemi.

Proveďte experiment, který ukáže, že hmotnost není jediným faktorem!

Pokus s papírem: Co rozhoduje o rychlosti pádu?

Vezmi dva stejně velké listy papíru. Jeden zmačkej do kuličky, druhý nech rozložený. Pusť oba současně z výšky a sleduj, co se stane.

Důležité je vysvětlit, že i když zmačkaný papír padá rychleji, není těžší – to jeho tvar způsobuje, že je méně ovlivněn odporem vzduchu. To je důvod, proč se rozložený list „vznáší“ – větší plocha papíru se tře o vzduch, čímž se zpomaluje jeho pád. Tento princip používají padáky!

Otázka: Proč na podzim padají listy i plody?

Stromy se zbavují listů, aby v zimě šetřily energií a vodou, která je nedostatková. Listy v zimě strom zbytečně zatěžují, proto je strom nechá opadnout. Plody zase v sobě ukrývají semínka, která jsou právě v této době plně vyvinutá a připravená na klíčení. Na jaře a v létě probíhá jejich zrání – během tohoto období strom investuje energii do jejich vývoje, aby byla dostatečně silná na přežití a růst. Na podzim jsou pak semínka připravená k rozptylu a následnému klíčení, které obvykle probíhá až následující jaro, kdy jsou optimální podmínky pro růst nových rostlin (dostatek vody, teplo).

Některé stromy nemají své semínko ukryto v tvrdém plodu, jako je kaštan, žalud, ořech apod. Některá semínka jsou naopak vybavena lehkým křidélkem, které má zajistit co největší prostorový zásah.

Experiment s dvounažkou

Typickým a oblíbeným zástupcem okřídleného semínka jsou dvounažky javoru, tzv. „nosíky“. Pojďme prozkoumat jejich padání.

Postup: Vystřihni z papíru tvar podle nákresu, který sepneš na volných koncích kancelářskou svorkou. Tento papírový simulátor připomíná dvounažku (plod javoru). Nech ho padat z výšky a sleduj jeho pohyb. Vyzkoušej různé velikosti – bude se pohyb měnit?

Nažka se při pádu točí kvůli svému specifickému tvaru, který vytváří efekt podobný vrtuli. Tento tvar způsobuje nerovnoměrné proudění vzduchu kolem plodu. Když nažka padá, její křídlo narazí na vzduch a způsobí nerovnováhu v silách působících na různé části plodu. Výsledkem je rotace, která zpomaluje její pád a umožňuje delší a stabilnější pohyb vzduchem. Točení nažky je výhodné, protože zpomaluje její pád, což jí umožňuje odnést vítr dále od mateřského stromu. Tento mechanismus zvyšuje šance, že semínko dopadne na vhodné místo pro klíčení, a tím se zvyšuje šance na přežití a růst nového stromu.

Ještě jeden pokus: vrtulka

Na internetu najdeš nespočet různých tipů na jednoduché papírové vrtulky. My máme v klubu oblíbenou tuto opravdu jednoduchou.

Vystřihni proužek papíru a lehce nastřihni oba jeho konce. Zaklesni je do sebe, čímž vytvoříš tvar připomínající profil rybičky. Vyhoď ji do vzduchu nebo nech padat z výšky. Sleduj, jak se pohybuje. Změnila se rotace oproti dvounažce?

Věděli jste, že…?

Aerodynamika je věda, která zkoumá pohyb předmětů vzduchem. Díky jejím poznatkům můžeme stavět letadla, raketoplány a mrakodrapy odolné proti větru. Ať už sleduješ padající list, nebo vzlétající raketu, za vším stojí stejné fyzikální principy!