Učební plán iTriangle

001. Měříme voděodolným teploměrem
002. Pokles teploty ochlazením - chladicí účinky těkavých kapalin
003. Měření relativní vlhkosti prostředí
004. Převody ozubenými koly
005. Mechanické kmitání/Kmitání mechanického ocsilátoru (kyvadlo)
006. Pokles teploty ochlazením - chladicí účinky sprejů
007. Chladicí směs - jednoduchá chladnička
008. Světlo kolem nás
009. Senzor PIR
010. Senzor 4 v 1 - Akcelerometr
011. Senzor půdní vlhkosti
012.Měříme senzorem světla
013. Senzor PIR -zabezpečovací zařízení
DEMO
Výchozí úloha
014. Odhad času

001. Měříme voděodolným teploměrem

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, přírodopis

Mezipředmětové vztahy: matematika, zeměpis

Klíčová slova: teplota, teplota těles, teplota kapalin, teplota lidského těla, jednotky teploty

Pomůcky: iTriangle online, voděodolný teplotní senzor, bzučák, 8*8 LED displej, tlačítko

Zadání:

Pomocí voděodolného teploměru změříme teplotu lidského těla, prostoru třídy a jiných okolních předmětů a kapalin.

Co je cílem:

Pomocí připraveného programu otestujeme, zda měřená teplota leží v určitém teplotním intervalu.

Teorie:

Teplota je stavová fyzikální veličina (popisuje fyzikální stav). Princip měření teploty spočívá v tom, že měřené těleso a teploměr uvedeme do vzájemného dotyku a po vytvoření rovnovážného stavu soustavy těleso-teploměr je teplota tělesa stejná jako teplota teploměru. Teplota je základní fyzikální veličinou soustavy SI s jednotkou kelvin (K) a vedlejší jednotkou stupeň Celsia (°C). Nejnižší možnou teplotou je teplota absolutní nuly (0 K; -273,15 °C), ke které se lze libovolně přiblížit, avšak nelze jí dosáhnout.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, voděodolný teploměr, bzučák, tlačítko a 8*8 LED displej.
Načteme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Pokus je naprogramován tak, že měří 20-krát opakovaně teplotu a pokud je naměřená teplota:

v rozmezí 35^oC až 37 ^oC, na displeji se objeví veselý smajlík a zazní melodie
vyšší než 37 ^oC , objeví se bručoun a bzučák pípne krátce vysokým tónem
nižší než 35 ^oC, objeví se neutrální smajlík a bzučák pípne krátce hlubokým tónem

V případě potřeby můžeme měnit teplotní meze v programu (viz žluté zakroužkované hodnoty na obr.), čímž procvičíme s žáky odhad jiného teplotního intervalu.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Teplota

https://cs.wikipedia.org/wiki/Teplom%C4%9Br

https://cs.wikipedia.org/wiki/Soustava_SI

https://cs.wikipedia.org/wiki/T%C4%9Blesn%C3%A1_teplota

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

002. Pokles teploty ochlazením - chladicí účinky těkavých kapalin

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: biologie, ekologie

Klíčová slova: vnitřní energie , skupenství látek, vypařování

Pomůcky: Varianta A: 2x Pet-lahev, voděodolný teploměr, líh, voda

Varianta B: 2x Pet-lahev, voděodolný teploměr, líh, voda, senzor teploty a vlhkosti, bzučák

Zadání:

Ochladíme hrot voděodolného teploměru vypařováním kapalin. Zjistime, zda se více ochladí hrot vypařováním vody či lihu. Určíme okamžik, kdy se teploměr po odpaření kapaliny se začne znovu ohřívat od okolí na původní teplotu.

Co je cílem:

Teorie:

V tomto experimentu budeme pozorovat změnu teploty hrotu teplotního senzoru během vypařování kapaliny z jeho povrchu. Když se kapalina vypařuje, odebírá ze svého okolí (tedy i z teploměru) teplo a snižuje tak jeho teplotu. V našem experimentu budeme porovnávat vypařování dvou kapalin (líh a voda). Líh se při pokojové teplotě vypařuje (a odebírá teplo svému okolí) rychleji než voda, proto se teploměr namočený do lihu ochladí na nižší teplotu než stejný teploměr namočený do vody.

Postup:

Varianta A základní

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online a voděodolný teploměr. Do nádobek vyrobených z PET lahví nalijeme vodu a líh.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme měření teploty na voděodolném teploměru.
Voděodolný teploměr vložíme do vody, počkáme až se teplota ustálí. Po cca 5s měření vyndáme teploměr z vody, prudce odklepneme a dále necháme volně osychat.
Poté, co se teplota začne opět zvyšovat, ukončíme měření. Naměřená data můžeme stáhnout.
Totéž měření provedeme pro líh.
Porovnáme naměřená data.

Varianta B pokročilá

Doplníme měřící stojánek o senzor teploty a vlhkosti a bzučák, zapojíme je do jednotky iTriangle online.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online.
Hrot voděodolného teploměru vložíme do lihu, počkáme cca 5s a spustíme program.
Vyndáme teploměr z lihu, prudce odklepneme a dále necháme volně osychat.
Desetkrát po sobě dojde ke změření teploty prostředí senzorem teploty a vlhkosti a voděodolným teploměrem. Obě hodnoty program porovnává následujícím způsobem:

je-li teplota prostředí vyšší než teplota změřená voděodolným teploměrem, bzučák vydá dlouhý tón
je-li teplota prostředí nižší než teplota změřená voděodolným teploměrem, bzučák vydá krátký tón

5. V případě potřeby můžeme stisnutím Start opakovat měření. Také je možné změnit počet měření přímo v programu.

Obrazovky programu a měření:

Varianta A

Varianta B

Fotky z postupu:

Varianta A

Graf závislosti pro vodu 27⁰C

Graf závislosti pro líh 27⁰C

Varianta B

Zdroje na internetu:

http://www.realisticky.cz/

http://fyzweb.cuni.cz

http://kdf.mff.cuni.cz/veletrh/sborník/

http://fyzikalnipokusy.cz/

Knihy:

Nahodil, J. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, 2005

Drozd,Z., Brockmeyerová, J. Pokusy z volné ruky. Praha: Prometheus, 2005

Svoboda, E, Fyzika – Pokusy s jednoduchými pomůckami. Praha: Prometheus, 2005

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

Po vyjmutí teplotních senzorů z nádobek, musíme prudce oba senzory odklepnout (zaručí se tím pokryv hrotu čidla tenkou vrstvou kapaliny)
Nádobky s kapalinami musíme nechat cca 30 min. před experimentem v místnosti, kde budeme experiment provádět. Před experimentem musejí být teploty obou kapalin a okolí vyrovnány.
Hrot teplotního čidla stačí namočit do poloviny své délky. Teplotní senzor měří ze špičky.

003. Měření relativní vlhkosti prostředí

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, přírodopis

Mezipředmětové vztahy: zeměpis

Klíčová slova: skupenství látek, vypařování, meteorologie, atmosféra, vlhkost vzduchu

Pomůcky: iTriangle online, senzor vlhkosti a teploty, mikrotenový sáček, slánka, nádobka vyrobená z PET lahve

Zadání:

Varianta A

Zjisti vlhkost a teplotu vzduchu v místnosti (např. na chodbě, před budovou, ve sklepě,...)

Varianta B

Zjisti vlhkost vzduchu nad vodní hladinou v otevřeném prostranství.

Zjisti vlhkost vzduchu nad vodní hladinou v uzavřeném prostranství.

Porovnej je.

Varianta C

Zjisti vlhkost vlastního dechu.

Co je cílem:

Použití senzoru teploty a vlhkosti při měření relativní vlhkosti a teploty v různých prostředích.

Teorie:

Relativní vlhkost vzduchu udává poměr mezi okamžitým množstvím vodních par ve vzduchu a množstvím par, které by měl vzduch o stejném tlaku a teplotě při plném nasycení. Udává se v procentech (%). Relativní vlhkost vzduchu je závislá na teplotě vzduchu a množství vodní páry v něm obsaženém. Čím vyšší teplota, tím vyšší množství vodní páry je vzduch schopen pojmout. A naopak – čím nižší teplota, tím méně vodní páry může být ve vzduchu obsaženo.

Voda je v lidském těle obsažena v buňkách, mimo buňky v krvi a tkáňovém moku. Z těla se vylučuje dýcháním, pocením a močí. Denní potřeba vody je zabezpečována příjmem potravy a pitím. Doporučený denní příjem vody je až 3 l vody. Bez potravy vydrží člověk 14 dní, bez vody jen několik dní. Proto je pro člověka pitný režim velmi důležitý.

Postup:

Varianta A

Sestavíme držák senzoru vlhkosti a teploty podle návodu, zapojíme senzor vlhkosti a teploty do jednotky iTriangle online.
Načteme program do jednotky iTriangle online.
Pro měření vyberemena naší jednotce moduly "senzor teploty a vlhkosti - zjisti relativní vlhkost" a "senzor teploty a vlhkosti - zjisti teplotu ve ^oC".
Provedeme měření teploty a relativní vlhkosti. Naměřená data můžeme stáhnout.

Varianta B

Umístěte pod senzor vlhkosti a teploty nádobku z PET lahve naplněnou vodou pokojové teploty. Postupujte podle Varianty A, stáhněte naměřená data. Poté celou aparaturu umístěte do mikrotenového sáčku. Voda se bude vypařovat a zvyšovat relativní vlhkost uzavřeného vzduchu, dokud nebudou páry syté. Je vhodné provádět dlouhodobé měření. Výsledky obou měření porovnejte a diskutujte.

Varianta C

Senzor vlhkosti a teploty sejměte z držáku a umístěte jej do mikrotenového sáčku. Do sáčku vložte také jeden konec slánky (hadičky) a sáček utěsněte (vhodné je olepit izolepou, utáhnout provázkem, drátkem,...). Spusťte měření podle Varianty A. Během měření vdechujte do sáčku opakovaně vzduch. Sledujte naměřená data.

Výsledky vašich měření vyplňte do tabulky:

Tabulka:

Relativní vlhkost vlastního dechu	Relativní vlhkost vzduchu ve třídě	Relativní vlhkost vzduchu nad volnou hladinou	Relativní vlhkost vzduchu nad hladinou pod mikroténovým sáčkem

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu

Varianta A

Varianta B

Varianta C

Varianta B s mikroténovým sáčkem

Varianta B po odklopení sáčku

Zdroje na internetu:

Knihy:

Nahodil, J. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, 2005
Drozd,Z., Brockmeyerová, J. Pokusy z volné ruky. Praha: Prometheus, 2005
Svoboda, E, Fyzika – Pokusy s jednoduchými pomůckami. Praha: Prometheus, 2005

Technické poznámky:

Metodické poznámky:

Experimentálně můžeme ověřovat závislost relativní vlhkosti na změnách různých parametrů jako jsou:

velikost vodní plochy, nad kterou měříme
vzdálenost od vodní plochy, nad kterou měříme
teplota vodní plochy, nad kterou měříme

004. Převody ozubenými koly

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: matematika

Klíčová slova: převod, ozubené kolo, počet zubů ozubeného kola, počet otáček, převodový poměr, jednoduché stroje

Pomůcky: výuková stavebnice, IR senzor, bzučák

Zadání:

Složte ozubená kola , aby se otáčela v protisměru.
Složte ozubená kola, aby se otáčela v souhlasném směru.
Složte ozubená kola, abychom docílili rychlejšího pohybu hnaného mechanismu.
Složte ozubená kola, abychom docílili pomalejšího pohybu hnaného mechanismu.
Spočítejte kolikrát je hnané kolo rychlejší/pomalejší než kolo hnací.
Využij IR senzor k počítání otáček hnaného kola.

Co je cílem:

Sestavením různě velkých kotoučů a ozubených kol docílit souhlasného nebo protisměrného otáčení.

Sestavením různě velkých kotoučů a ozubených kol docílit urychlení nebo zpomalení hnaného mechanismu .

Teorie:

Funkcí převodů je realizace a převod „točivých účinků“ motoru nebo jiných zařízení, které stroj pohání (např. větrná elektrárna). Otáčivý pohyb se ze stroje na zařízení může přenášet pomocí kotoučů spojených řemenicí (na dlouho) nebo pomocí ozubených kol (na krátko). V současné době je hnací a hnaný mechanismus převážně formou ozubených kol, např. hnací mechanismus je na straně motoru ( v případě tohoto experimentu je to klička na točení), hnaný mechanismus je na straně zařízení.

Charakteristika kotoučů:

d₁ … průměr hnacího kotouče

d₂ … průměr hnaného kotouče

Charakteristika ozubených kol:

z₁… počet zubů hnacího kola

z₂ … počet zubů hnaného kola

Charakteristika kotoučů a ozubených kol:

N₁ … počet otáček hnacího kola

N₂ … počet otáček hnaného kola

Podle způsobu a kombinace kotoučů a ozubených kol se mohou hnací a hnaný mechanismus otáčet souhlasně, nebo protisměrně s výsledným otáčivým pohybem hnaného mechanismu urychleným (přechod do rychla ) nebo zpomaleným (přechod do pomala). Další možností je přímý přechod, kdy je rychlost hnaného a hnacího mechanismu stejná.

Kvantitativně je charakteristika převodů dána převodovým poměrem i, který se počítá následujícím způsobem:

i = d₂/ d₁ = z₂/ z₁ = N₁/ N₂

i < 1 … přechod do rychla

i = 1 … přímý přechod

i > 1 … přechod do pomala

Postup:

1) Složíme ozubená kola tak, aby se otáčela v protisměru (obr.1).

Kola otáčející se v protisměru

obr.1

2) Složte ozubená kola, aby se otáčela v souhlasném směru (obr.2).

Použitím třetího ozubeného kola, které vložíme mezi ozubená kola z prvního experimentu docílíme, že se budou otáčet souhlasným směrem

obr.2

3) Složte ozubená kola, abychom docílili rychlejšího pohybu hnaného mechanismu (obr.3).

Větší a menší ozubené kolo uspořádáme tak, abychom docílili rychlejšího pohybu. Točíme velkým kolem a malé se otáčí rychleji.

obr.3

4) Složte ozubená kola, abychom docílili pomalejšího pohybu hnaného mechanismu (obr.4).

Větší a menší ozubené kolo uspořádáme tak, abychom docílili pomalejšího pohybu.

Točíme malým kolem a velké se otáčí pomaleji.

obr.4

5) Spočítejte kolikrát je hnané kolo rychlejší/pomalejší než kolo hnací.

Máte k dispozici tři ozubená kola:

žluté kolo ………. 60 zubů

modré kolo ……. 40 zubů

červené kolo …....20 zubů

Vytvořte různé kombinace hnaného a hnacího kola. Pro každou kombinaci porovnávejte počty otáček obou kol a výsledky zapište do tabulek.

Vzor tabulky a příklad:

Vzor odpovědi:

V příkladu v tabulce výše má hnané kolo třikrát více zubů a otočí se třikrát méně než kolo hnací. Kolikrát je počet zubů hnaného kola větší než počet zubů hnacího kola, tolikrát je počet otáček hnaného kola menší než počet otáček hnacího kola.

Vyzkoušejte další možnosti a doplňte do tabulky.

6) Využij IR senzor k počítání otáček hnaného kola.

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, IR senzor a bzučák.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Po zmáčknutí tlačítka poháníme kličkou hnací kolo a počítáme počet otočení. K automatické identifikaci otočení hnaného kola použijeme IR senzor, který při průchodu označeného místa na hnaném kole v blízkosti IR senzoru spustí bzučák a ozve se pípnutí.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu

Zdroje na internetu

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

005. Mechanické kmitání/Kmitání mechanického ocsilátoru (kyvadlo)

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: matematika

Klíčová slova: mechanický oscilátor, periodický pohyb, kmit, perioda, frekvence

Pomůcky: jednotka iTriangle online, IR senzor, bzučák, provázek

Zadání:

Ověřte závislost periody mechanických oscilátorů na jejich parametrech (délka zívěsu, hmotnost kyvadla).

Co je cílem:

Na základě experimentu ověřit u kyvadlového oscilátoru závislost periody kmitání na délce závěsu a hmotnosti závaží

Teorie:

Charakteristika kmitavého pohybu:

Pohybující se těleso při kmitavém pohybu zůstává stále v okolí určitého bodu, který nazýváme rovnovážná poloha. Jestliže těleso navíc pravidelně prochází rovnovážnou polohou, koná periodický kmitavý pohyb.

Příklady takových pohybů:

těleso zavěšené na pružině
tlukot našeho srdce
struna hudebního nástroj

MECHANICKÝ OSCILÁTOR = zařízení, které volně (bez vnějšího působení) kmitá.

Známe dva základní typy mechanických oscilátorů:

1. ZÁVAŽÍ NA PRUŽINĚ

příčina kmitání: síla pružnosti
trajektorie: část přímky

2. KYVADLO

příčina kmitání: tíhová síla
trajektorie: část křivky (kružnice)

Základní charakteristika kmitavého pohybu:

je to pohyb nerovnoměrný (velikost okamžité rychlosti se mění)

je to pohyb periodicky se opakující

KMIT = periodicky se opakující část kmitavého pohybu

Kmitavý pohyb (kmit) charakterizují dvě veličiny:

PERIODA (T) = doba jednoho kmitu (jednotka: sekunda)

FREKVENCE (f) = počet kmitů za jednu sekundu (jednotka: s^-1 = Hz ... Hertz)

platí: f = 1/T

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, IR senzor a bzučák.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Zmáčkneme tlačítko.
Vychýlením kyvadla z rovnovážné polohy jej uvedeme do kmitavého pohybu. Pomocí stopek měříme čas, za který vykoná oscilátor pět period. K automatické identifikaci počtu kmitů použijeme IR senzor, který při průchodu kyvadla v jeho blízkosti spustí bzučák a ozve se pípnutí. Výsledný čas zapíšeme do tabulky a přepočteme na jednu periodu.

Tímto způsobem měříme periodu pro různé proměnné, které jsou uvedeny v tabulkách.

Kyvadlový oscilátor – závislost na hmotnosti

Hmotnost (= počet kol)	5 x Perioda (10 T / s )	1 x Perioda ( T / s)

Pozn.: Měříme při určité délce závěsu

Kyvadlový oscilátor – závislost na délce závěsu:

Délka závěsu	5 x Perioda (10 T / s )	1 x Perioda ( T / s)
Délka
½ délky
¼ délky

Pozn.: Měříme se stejnou hmotností zavěšeného tělesa

Obrazovky programu a měření:

varinata s IR senzorem

Fotky z postupu úlohy

Sestavení měřící sestavy:

Připravíme si následující dílky: Vybereme z nich tuto část:

Skládáme podle fotonávodu:

Zdroje na internetu

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

006. Pokles teploty ochlazením - chladicí účinky sprejů

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: biologie, ekologie

Klíčová slova: aerosol, kelén, lokální anestetikum, těkavá kapalina

Pomůcky: běžný sprej, kelén ve spreji (100 ml spej) - není nezbytné

Varianta A: voděodolný teploměr

Varianta B: voděodolný teploměr, senzor teploty a vlhkosti, bzučák

Varianta A

Varianta B

Zadání:

Pomocí běžně dostupného spreje ochlaď kovovou část senzoru teploty pod 0⁰C.

Co je cílem:

V experimentu budeme demonstrovat rychlý pokles teploty způsobený intenzivním odpařováním kapaliny rozptýlené aerosolovým rozprašovačem (sprejem).

Teorie:

Sprej (=aerosolový rozprašovač) slouží k dávkování kapalných látek formou malých částic rozptýlených v plynu (=aerosol). Při daném objemu kapaliny vzroste její povrch a tedy i rychlost jejího odpařování (čím větší plocha, tím rychlejší je odpařování). Intenzita odpařování se zároveň zvyšuje i přítomností těkavých kapalin, které slouží ve spreji jako hnací látky. Rozprášená kapalina odnímá svému okolí teplo a dochází tak k rychlému poklesu teploty.

Existují chladicí spreje snižující po aplikaci na povrch jeho teplotu až pod −50 °C (kelén ve zdravotnictví)

Postup:

Varianta A základní

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online a voděodolný teploměr.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online.
Zvolíme Měření, vybereme jednotku a modul voděodolný teploměr a začneme snímat teplotu.
Aplikujeme sprej na hrot voděodolného teploměru. Měření provádíme opakovaně pro následující varianty: sprej aplikujme

v jedné dávce trvající přibližně 7-8 s
po opakovaných krátkých dávkách trvajících přibližně 1-2 s.

Teplota poklesne a poté, co se začne opět zvyšovat, zastavíme měření. Naměřená data můžeme stáhnout.

Varianta B pokročilá

Doplníme měřící stojánek o senzor teploty a vlhkosti a bručák, zapojíme do jednotky iTriangle online.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Desetkrát po sobě dojde ke změření teploty prostředí senzorem teploty a vlhkosti a voděodolným teploměrem. Obě hodnoty program porovnává:

a) je-li teplota prostředí vyšší než teplota změřená voděodolným teploměrem, bzučák vydá krátký tón

b) je-li teplota prostředí nižší než teplota změřená voděodolným teploměrem, bzučák vydá dlouhý tón

Na hrot voděodolného teploměru aplikujeme sprej a sledujme změnu zvukového signálu.

Pro opětovné spuštění programu stisneme Start. Také je možné změnit počet měření přímo v programu.

Varianta A

Při dlouhé dávce je pokles velmi rychlý (Obr.1). Sprej se nestačí vypařit z plochy hrotu a po celou dobu odebírá hrotu teploměru teplo a snižuje tím jeho teplotu.

Při krátkých dávkách pozorujeme pokles teploty po skocích. Po vypaření spreje pokles ustane a teploměr se znovu začne okolním prostředí zahřívat (Obr.2). Abychom zabránili tomuto zahřívání, musíme aplikovat další dávku spreje (Obr.3).

Během 20-25s jsme schopni běžně dostupnými spreji dosáhnout teploty až - 5⁰C.

U speciálních přípravků, které slouží jako lokální anestetikum je účinek ochlazení velmi rychlý Během 5-7 s je hrot ochlazen hluboko pod bod mrazu.

Obrazovky programu a měření:

Obr.1

Obr.2

Fotky z postupu

Obr.3

Varianta A

Varianta B

Zdroje na internetu:

Knihy:

Nahodil, J. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, 2005
Drozd,Z., Brockmeyerová, J. Pokusy z volné ruky. Praha: Prometheus, 2005
Svoboda, E, Fyzika – Pokusy s jednoduchými pomůckami. Praha: Prometheus, 2005

Technické poznámky:

Metodické poznámky:

Chladicích účinků speciálních sprejů (ve zdravotnictví se nejvíce využívá KELEN) se využívá, jako lokální anestetikum pro lokální znecitlivění při kožních operacích (vyříznutí znamének), při bolestivých poranění kloubů. Kelen se označuje, jako led ve spreji.

007. Chladicí směs - jednoduchá chladnička

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, chemie

Mezipředmětový vztah: přírodopis

Klíčová slova: mrznoucí směs, teplota tuhnutí, posyp vozovky

Pomůcky: 2x Pet-lahev,voděodolný teploměr, sůl (NaCl), stavebnice, bzučák

Zadání:

Varianta A

Z nadrceného ledu a NaCl připrav chladicí směs a změř její teplotu.

Varianta B

Připrav novou chladicí směs a využij tuto směs ke zmrazení vody.

Co je cílem:

Vyrobení mrznoucí směsi, která ochladí vodu v nádobě k teplotě tuhnutí a dále až ztuhne na led.

Teorie:

V průběhu tuhnutí vody se její teplota nemění. Veškerý odběr tepla chladící směsí způsobuje změnu skupenství. Teprve po ztuhnutí veškeré vody ve zkumavce se další odnímání tepla projeví poklesem teploty do záporných hodnot. V tomto pokusu odebírá chladnější látka (směs v nádobce) teplo látce teplejší (vodě v trychtýři z PET lahve). Experiment ověřuje poznatek, že v průběhu změny skupenství se teplota látky nemění.

Vysvětlení nízké teploty chladící směsi (rozdrcený led + chlorid sodný):

Led taje při teplotě 0⁰C. Směs ledu a soli má teplotu tání podstatně nižší (až -20⁰C). Po smíchání drceného ledu s chloridem sodným začne led rychle tát, protože směs má v tu chvíli výrazně vyšší teplotu (cca 0⁰C), než je její teplota tuhnutí. Na roztání ledu (rozbití jeho krystalové struktury) je potřeba energie (teplo), která se vezme na úkor celkové teploty vzniklé slané vody. Zasolením se drcený led o teplotě cca 0⁰C přemění na slanou vodu, jejíž teplota klesá k -15⁰C až -20⁰C). Maximální teploty, kterou můžeme dosáhnout je -20⁰C. Nižší teploty dosáhnout nelze. Z tohoto důvodu nemá smysl solit vozovky a chodníky chloridem sodným, pokud je venku mráz na -20⁰C. Prakticky se však chloridem sodným přestává solit už při teplotách nižších než -8⁰C až -10⁰C. Jenom do těchto hodnot je rozmrazování účinné.

Postup:

Varianta A1 - měření hodnot teploty

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, bzučák a voděodolný teploměr.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online.
Připravíme si směs rozdrceného ledu a chloridu sodného v poměru ( 2 led : 1 NaCl). Směs nasypeme do misky a důkladně promícháme. Do středu misky vložíme voděodolný teploměr.
Zvolíme Měření, vybereme naši jednotku a voděodolný teploměr. Zahájíme měření a na monitoru sledujeme pokles teploty až do ustálení hodnoty, kdyměření zastavíme.
Data můžeme stáhnout a dále zpracovávat.

Varianta B1

Připravíme si směs rozdrceného ledu a chloridu sodného v poměru ( 3 led : 1 NaCl). Směs nasypeme do misky a důkladně promícháme. Do směsi vložíme nádobku, do kterého nalejeme vodu. Do vody vložíme voděodolný teploměr.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online.
Spustíme měření teploty voděodolným teploměrem.
Na monitoru sledujeme pokles teploty dokud voda v nádobce neztuhne. Ukončíme měření.
Data můžeme stáhnout a dále zpracovávat.

Varianta B2

stejně jako ve variantě B1
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online.
Spustíme program.
Pokus je naprogramován tak, že měří 10-krát opakovaně teplotu vody a pokud je naměřená teplota:
- vyšší než 0^oC, ozve se krátký tón
- nižší než 0^oC, ozve se dlouhý tón
Program můžeme opakovaně spustit opětovnou volbou Start, případně můžeme v programu změnit počet měření z 10 na vyšší hodnotu.
Vodu necháme v chladící směsi dokud neztuhne.

Obrazovky programu a měření:

Varianta A1

Varianta B

Graf závislosti poklesu teploty u ochlazující se vody na čase

Fotky z postupu:

Základní díly k experimentu

Základní látky k experimentu

Příklad rozdrzeného ledu

Chladicí směs a voda

Chladicí směs a začínající mrznutí vody

Uspořádání experimentu při postupmém měření teplot

Měření teploty chladící směsi

Měření teploty ochlazující se vody

Voda ztuhla na led

Díly pro držák teploměru

Držák teploměru

Zdroje na internetu:

Knihy:

Nahodil, J. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, 2005
Drozd,Z., Brockmeyerová, J. Pokusy z volné ruky. Praha: Prometheus, 2005
Svoboda, E, Fyzika – Pokusy s jednoduchými pomůckami. Praha: Prometheus, 2005

Technické poznámky

Při přípravě chladicí směsi se musí led rozdrtit na velmi jemné kousky. Provádíme to tak, že kostky ledu zabalíme do hadru a přes hadr rozbijeme. Hadr tak zabrání odletování úlomků ledu.

Varianta A

je doporučeno namíchat chladicí směs ( 2 led : 1 NaCl). V tomto případě dosáhne teplota hodnot -16⁰C až -18⁰C. Když zjistíte, že se vám pokles teploty pozastavil, můžete směs hrotem teploměru zamíchat. Může se stát, že jste nedostatečně promíchali směs před zahájením měření teploty.

Varianta B

je doporučeno namíchat chladicí směs (3 led : 1 NaCl). V tomto případě se dosáhne teploty chladicí směsi v rozmezí - 10⁰C až - 12⁰C. Pro dokončení ztuhnutí vody až na led je zapotřebí mít v zásobě další chladicí směs, kterou vyměníme za původní. V laboratorních podmínkách a zejména při použití plastových nádob dochází k nežádoucímu zahřívání chladicí směsi.

Metodické poznámky:

Klasická chladnička obstarává přenos tepla tak, že odebírá teplo z chladnějšího vnitřku a odevzdává je teplejšímu vnějšímu prostředí (=proti přirozenému toku tepla).

V případě tohoto experimentu odebírá chladnější látka (=směs v nádobce) teplo látce teplejší (=voda v trychtýři). Je to jednodušší způsob chlazení, který se využíval před vynálezem chladničky.

Co se děje, když smícháme rozdrcený led se solí. Led taje a sůl se rozpouští v roztálé vodě. Rozpouštění soli je děj, při kterém sůl přijímá teplo (=endotermní děj) . Toto teplo odebírá současně vodě a ledu. Teplota směsi klesá do záporných hodnot. Ani při těchto záporných hodnotách teploty směs netuhne (=jde o roztok soli, jehož bod tuhnutí je o mnoho nižší než u čisté vody). Přítomnost soli způsobuje ochlazení směsi pod nulu, současně však brání jejímu tuhnutí. Obdobně probíhají děje na osolené vozovce, nebo chodníku.

008. Světlo kolem nás

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: přírodopis

Klíčová slova: světlo, osvětlení, intenzita světla, soumrakoměr

Pomůcky: iTriangle online, senzor světla, tlačítko, bzučák, 8*8 LED displej

Zadání:

Pomocí senzoru světla zjišťujme různé světelné podmínky v našem okolí. Vyzkoušejme si propustnost světla u různých materiálů (pravítko, láhev, fólie, bílý papír, barevný papír a pod...) přikládáním různých materiálů před senzor světla a sledování změn na průběhu měřených hodnot.

Co je cílem:

V experimentu budeme měřit hodnoty intenzity světla a zajímat se jak tyto hodnoty mění v závislosti na okolním prostředí.

Teorie:

Světlo je z hlediska člověka viditelná část spektra elektromagnetického záření, které nás obklopuje. Světlo je charakterizováno zejména barvou a intenzitou, které přímo závisí na zdroji světla. Intenzita osvětlení je fyzikální veličina, která se označuje písmenem E a vyjadřuje množství světla (světelný tok) dopadající na plochu. Její jednotkou je lux (lx). V běžných školních podmínkách je pro práci v učebně předepsán dolní limit osvětlení 200 lx. Na přímém slunci je možno naměřit v naší zeměpisné šířce až 70000 lx a v noci pak kolem 0,5 lx. Z uvedených hodnot je zřejmé, že sensor osvětlení by musel obsáhnout velký dynamický rozsah v rozsahu 6 řádů. Proto je nastavený pro rozlišení zejména nízkých hodnot osvětlení, kde je možné rozlišit vliv různého zastínění

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor osvětlení a 8*8 LED displej. Senzor osvětlení by měl být při měření umístěn tak, aby se výrazně nelišily podmínky osvětlení při jednotlivých experimentech – osvětlení umělým zdrojem světla s rozptýleným světlem nebo například zataženou oblohou. Při použití bodového zdroje světla je nutné zachovat neměnnost vzájemné polohy zdroje světla a senzoru osvětlení. Při přílišném osvětlení je senzor saturovaný a vykazuje stále hodnotu 1023 – je potřeba snížit intenzitu zdroje světla.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Po stisknutí tlačítka o spustí program. Senzor světla začne odčítat hodnotu světla. Program probíhá ve smyčce, dokud nedojde k úplnému zatemnění senzoru světla nebo délka běhu programu nepřekročí 1 min. V programu jsou zvoleny meze, na které program zareaguje rozsvícením patřičného EMOJI na 8x8 displeji (tma = smutný, šero = neutrální, jasno = usmívající, úplná tma = blikání + zvukový signál)
Během experimentu můžeme měnit hodnoty mezí přepsáním patřičných proměnných.

Na podobném principu pracuje i rozsvěcování/ zhasínání veřejného osvětlení. V programu je využita složená podmínka. Lze ji uživatelsky sestavit dle obrázku.

Pro experimentování s měřenými hodnotami je vhodné vyzkoušet různá stínítka a vliv jejich polohy, barvy a materiálu na průchod světla. Vhodná stínítka jsou například: papír, barevný papír, čtvrtka, barevný plast/sklo, sluneční brýle a například sklenice s „barevnou limonádou“, na které lze simulovat útlum světla ve sloupci tekutiny postupným upíjením obsahu například brčkem.

Dále pak lze měřit vyzařovací úhel jednotlivých zdrojů světla - bodovky, ledka, žárovka atp.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

https://youtu.be/9RC91iEbVv0

Zdroje na internetu:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Světlo

wohttps://cs.wikipedia.org/wiki/Intenzita_osvětlení

Technické poznámky:

Senzor osvětlení se při běžném slunečním dnu dostává do saturace (nasycení) - senzor není nadále schopný rozlišit stoupající intenzitu osvětlení. Měřené hodnoty závisí na vzdálenosti zdroje světla, jeho barvě a vyzařovacím úhlu.

Metodické poznámky:

009. Senzor PIR

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy:

Klíčová slova: infračervené světlo, pohyb, zabezpečovací zařízení

Pomůcky: iTriangle online, senzor PIR, generátor tónů

Zadání:

Vyzkoušejte si detekci pohybu pomocí PIR senzoru, který reaguje na infračervené světlo – teplotu detekovaného tělesa.

Varianta A

Zjistěte, jaký minimální čas musí uplynout mezi dvěma pohyby v okolí čidla, aby je čidlo rozlišilo (zotavovací doba).

Varianta B

Prozkoumejte v jakém prostoru v okolí čidla je pohyb zaregistrován, zda má vliv na detekci pohybu teplota pohybujícího se objektu a jeho rychlost pohybu.

Co je cílem:

Prozkoumat vlastnosti PIR senzoru.

Teorie:

Infračervené záření (IR) je část elektromagnetického spektra, které je pro člověka pouhým okem neviditelné. Toto záření vyzařují všechny předměty, které mají vyšší teplotu než 0K. Člověk má svou přirozenou teplotu kolem 37°C a proto vyzařuje nemalé množství tepla, které je možné změřit bez dotyku se senzorem infračerveného záření (PIR).

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor PIR a generátor tónu.
Nahrajeme do jednotky iTriangle online program.

Varianta A

Spustíme měření na modulu senzor PIR. Graf zaznamenává, zda čidlo registruje pohyb (hodnota 1) nebo neregistruje pohyb (hodnota 0). Náším úkolem je zjistit, za jak dlouhou dobu od detekce pohybu je čidlo schopné detekovat další pohyb. Provedeme pohyb v okolí čidla, graf se zvedne z 0 na hodnotu 1 a čekáme, dokud hodnota neklesne zpět na 0. Doba, která mezi těmito dvěma stavy uplyne, je zotavovací doba čidla. Toto provedeme opakovaně a měření ukončíme.
Je vhodné určit aritmetický průměr zotavovací doby z většího počtu naměřených hodnot.

Varianta B

Spustíme program.
Bzučák při detekci pohybu v okolí čidla vydá akustický signál. Prozkoumejme, v jakém prostoru v okolí čidla je pohyb zaregistrován, zda má vliv na detekci pohybu teplota pohybujícího se objektu a jeho rychlost pohybu. Dbejme na to, aby mezi jednotlivými pohyby uplynula minimálně zotavovací doba.
Program ukončíme.

Další náměty: PIR senzor by měl být umístěn tak, aby mířil vrcholem bílé plastové krytky směrem k detekovanému předmětu. Pohybem před senzorem můžete ověřit jeho detekční vlastnosti a výzvou pro experimentování je "obelstění" senzoru. Vyzkoušejte, jak senzor umí detekovat chladné předměty – např. člověk překrytý vychlazenou dekou z mrazáku. Pozná senzor, když před sebou nese člověk kartonovou desku? Je schopný detekovat pohyb i přes okno?

Obrazovky programu a měření:

Varianta A

Snímek demonstrující zotavovací dobu senzoru PIR:

Varianta B

Program code.itriangle:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://www.zabezpecovaci-zarizeni.cz/pohybove-detektory/vnitrni-pohybove-detektory/jak-funguje-pohybovy-detektor-%5Bb058%5D

https://cs.wikipedia.org/wiki/Infračervené_záření

Technické poznámky:

PIR senzor je schopný vyhodnotit změny stavu jen v delších časových úsecích – tzv. doba zotavení pro rozlišení dvou následných událostí je cca 5s.

Metodické poznámky:

010. Senzor 4 v 1 - Akcelerometr

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: Informační a komunikační technologie

Klíčová slova: akcelerometr, pohyb, přetížení, akcelerace, zrychlení

Pomůcky: iTriangle online, senzor 4v1, bzučák

Zadání:

Vyzkoušejte si funkci 3-osého akcelerometru v senzoru 4v1

Co je cílem:

Zjistit na jakém principu funguje akcelerometr. Sestrojte detektor pohybu založený na změně polohy akcelerometru. Gravitační zrychlení je přítomné i v klidovém stavu.

Teorie:

Akcelerometr je senzor založený na měření výchylky z klidové polohy. 3-osý akcelerometr je schopný měřit současně hodnoty zrychlení v osách x, y i z. Pomocí akcelerometru lze sestavit vektor pohybu – tedy směr pohybu v prostoru i s hodnotou zrychlení v daném směru. Zrychlení je uvedeno v jednotkách G – násobcích gravitačního zrychlení. Pro člověka je smrtelná hodnoty zrychlení/zpomalení okolo 20G, kdy dojde k poškození vnitřních orgánů. Kombinované senzory akcelerometru, gyroskopu, magnetometru a např. tlakoměru umožňují sestavit jednotku pro vyhodnocení polohy předmětu a sestrojit např. výškový/ směrový stabilizátor, který se využívá v tolik populárních dronech.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor 4v1 s dlouhým kabelem a bzučák. Připojení senzoru 4v1 musí umožňovat volný pohyb nezávisle na iTriangle jednotce.

Zkuste provést pohyb sensorem pokaždé v jedné ose tak, aby měřená hodnota byla konstantní – zrychlení v dané ose je konstantní. Další variantou je pohybovat senzorem tak, aby hodnota zrychlení byla nulová – rychlost je konstantní. Jaký je rozdíl v pohybu senzoru? Nechte senzor v klidu ležet na podložce. Proč je hodnota v jedné nebo více osách nenulová? Jaká je hodnoty gravitační konstanty? Jakou hodnotu zrychlení/ záporného zrychlení(zpomalení) získáte tlesknutím rukou se senzorem o druhou ruku?

V úloze je připravený program pro vyhodnocení změny polohy senzoru. Obdobné senzory slouží například v autoalarmech pro případ odtažení automobilu. V programu je nastavená proměnná mezní hodnota, při které je vyhodnocen pohyb senzoru v ose z a na základě které bzučák vydá krátký zvuk.

V programu je potřeba ošetřit vliv gravitačního zrychlení, které se může v závislosti na poloze senzoru promítnout do jakékoliv osy.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Zrychlení

Technické poznámky:

Osa z míří při položeném senzoru zdola nahoru, osa x míří podélně od konektoru přes destičku senzoru a osa y příčně na osu x ve směru popisu na desce plošných spojů. Orientace os je naznačena na desce plošných spojů pro magnetometr, akcelerometr i pro gyroskop.

Metodické poznámky:

011. Senzor půdní vlhkosti

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, chemie

Mezipředmětové vztahy: přírodopis

Klíčová slova: vlhkost, vodivost, půda, závlahové zařízení

Pomůcky: iTriangle online, senzor vlhkosti, LED displej 8x8

Zadání:

Vyzkoušejte si, jak je možné indikovat stav závlahy rostlin na základě měření půdní vlhkosti v květináči.

Co je cílem:

Zjistěte, na jakém principu funguje měření půdní vlhkosti. Sestavte aparaturu indikující stav závlahy rostlin a vyzkoušejte jej.

Teorie:

Senzor vlhkosti je založený na měření proudu, který prochází mezi jednotlivými elektrodami. Tento proud je závislý na vlhkosti sledovaného prostředí a na chemickém složení tohoto prostředí. Čím více je ve vodě rozpuštěných solí (iontů), tím je prostředí pro elektrický proud vodivější. V případě senzoru vlhkosti se jedná o malé proudy, maximálně v řádu mA, a nízké stejnosměrné napětí do 3,3V. I tak ale ve sledovaném prostředí probíhá slabá elektrolýza. Z hlediska elektrod dochází ke slabé korozi a z hlediska prostředí může při dlouhodobé chemické reakci docházet k lokálnímu hromadění solí u elektrod a tím i ke změně pH prostředí. Aby se těmto jevům zabránilo při dlouhodobých měřeních, bylo by vhodnější použít měření napětím se střídající se polaritou na elektrodách a také ke spouštění měření jen několikrát denně.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor vlhkosti a LED displej.
Připojíme bateriový držák s 3ks AAA bateriemi a zapneme základní jednotku iTRIANGLE online.
Pokud využíváme internet s 3G routerem, pak jej zapneme a počkáme až se objeví zelený status připojení k internetu.
Přepínačem ON/OFF uvedeme iTRIANGLE základní jednotku do stavu ZAPNUTO, což se projeví svítící červenou LED.
Počkáme až se iTRIANGLE základní jednotka připojí k internetu, což je signalizováno "dýchajícím stavem" modré status LED.
Přihlásíme se na code.itriangle.cz
V úkolech zvolíme naši úlohu t.j. " 011. Senzor půdní vlhkosti " a v záložce AKCE vybereme Nahraj online blokový program. Dialog nás poté vyzve k výběru jednotky, kde zvolíme číslo naší jednotly iTRIANGLE online.
Po nahrání programu se stránka automaticky přepne na záložku programování a bude vidět vývojový diagram programu v blokovém programovacím rozhraní.
Zvolíme Start programu v horní liště a můžeme sledovat běh programu, který je znázorňován zesvětlováním daných bloků ve kterých se program aktuálně nachází.
Program opakovaně měří senzorem vlhkost a porovnává ji s přednastavenými hodnotami. Můžou nastat 4 situace:

vysoká vlhkost......................na displeji se zobrazí veselý smajlík
nižší vlkost..............................na displeji se zobrazí neutrální smajlík
nízká vlhkost..........................na displeji se zobrazí smutný smajlík
velmi nízká vlhkost..............na displeji se zobrazí smutný smajlík a ozve se melodie

Po 60 sekundách program skončí a na displeji se zobrazí nápis "Konec programu". Program můžeme opakovaně spustit opětovným stiskem Start. Také je možné měnit hodnoty vlhkosti, kdy se smajlík směje, mračí atd., případně měnit délku běhu programu.

Program a apataruru je možno využít na změření vlhkosti zeminy v květináči. Na podobném principu funguje automatické zavlažování.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Elektrická_vodivost

https://cs.wikipedia.org/wiki/Elektrolýza

Technické poznámky:

Elektrody sensoru je nutné po experimentech očistit a usušit. V závislosti na době používání mohou ztratit lesk a mohou se objevit známky povrchové koroze. Nepoužívejte pro měření vodivosti kyselin ani zásad.

Metodické poznámky:

012.Měříme senzorem světla

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: přírodopis

Klíčová slova: světlo, osvětlení, intenzita, spektrum

Pomůcky: iTriangle online, senzor světla, tlačítko, 8*8 LED displej

Zadání:

Pomocí senzoru světla změřte relativní prostupnost světla skrze různá stínítka.

Co je cílem:

Změřit propustnost světla některých materiálů v závislosti na barvě, tloušťce a materiálu. Změřit prostorovou vyzařovací charakteristiku zdroje světla.

Teorie:

Světlo je z hlediska člověka viditelná část spektra elektromagnetického záření, které nás obklopuje. Světlo je charakterizováno zejména barvou a intenzitou, které přímo závisí na zdroji světla. Intenzita osvětlení je fyzikální veličina, která se označuje písmenem E a vyjadřuje množství světla (světelný tok) dopadající na plochu. Její jednotkou je lux (lx). V běžných školních podmínkách je pro práci v učebně předepsán dolní limit osvětlení 200 lx. Na přímém slunci je možno naměřit v naší zeměpisné šířce až 70000 lx a v noci pak kolem 0,5 lx. Z uvedených hodnot je zřejmé, že sensor osvětlení by musel obsáhnout velký dynamický rozsah v rozsahu 6 řádů. Proto je nastavený pro rozlišení zejména nízkých hodnot osvětlení, kde je možné rozlišit vliv různého zastínění

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor světla a 8*8 LED displej. Senzor světla by měl být při měření umístěn tak, aby se výrazně nelišily podmínky osvětlení při jednotlivých experimentech – osvětlení umělým zdrojem světla s rozptýleným světlem nebo například zataženou oblohou. Při použití bodového zdroje světla je nutné zachovat neměnnost vzájemné polohy zdroje světla a senzoru osvětlení. Při přílišném osvětlení je senzor saturovaný a vykazuje stále hodnotu 1023 – je potřeba snížit intenzitu zdroje světla.
Připojíme bateriový držák s 3ks AAA bateriemi a zapneme základní jednotku iTRIANGLE online
Pokud využíváme internet s 3G routerem, pak jej zapneme a počkáme až se objeví zelený status připojení k internetu
Přepínačem ON/OFF uvedeme iTRIANGLE základní jednotku do stavu ZAPNUTO což se projeví svítící červenou LED
Počkáme až se iTRIANGLE základní jednotka připojí k internetu což je signalizováno "dýchajícím stavem" modré status LED
Přihlásíme se na code.itriangle.cz
V úkolech zvolíme naši úlohu t.j. " 012.Měříme senzorem světla " a v záložce AKCE vybereme Nahraj online blokový program. Dialog nás poté vyzve k výběru jednotky, kde zvolíme číslo naší jednotly iTRIANGLE online
Po nahrání programu se stránka automaticky přepne na záložku programování a bude vidět vývojový diagram programu v blokovém programovacím rozhraní
Zvolíme start programu v horní liště a můžeme sledovat běh programu, který je znázorňován zesvětlováním daných bloků ve kterých se program aktuálně nachází.
Během experimentu můžeme měnit podmínky programu, mezní hodnoty a sledovat změny v průběhu programu.

V této úloze je připravený program, který reaguje na naměřenou hodnotu. Spuštění programu je nastaveno na stisk tlačítka, kdy pak tělo programu probíhá ve smyčce 20-krát. V programu je zvolena mez osvětlení. Pokud naměřená hodnota osvětlení klesne pod tuto mez, program zareaguje rozsvícením 8x8 displeje. Na podobném principu pracuje i rozsvěcování/ zhasínání veřejného osvětlení. Hodnotu meze lze jednoduše v programu měnit přepsáním patřičné proměnné. V programu je využita složená podmínka. Lze ji uživatelsky sestavit dle obrázku.

Dále pak lze měřit vyzařovací úhel jednotlivých zdrojů světla - bodovky, ledka, žárovka atp.

Senzor světla by měl být při měření umístěn tak, aby se výrazně nelišily podmínky osvětlení při jednotlivých experimentech – osvětlení umělým zdrojem světla s rozptýleným světlem nebo například zataženou oblohou. Při použití bodového zdroje světla je nutné zachovat neměnnost vzájemné polohy zdroje světla a senzoru osvětlení. Při přílišném osvětlení je senzor saturovaný a vykazuje stále hodnotu 1023 – je potřeba snížit intenzitu zdroje světla.

Obrazovky programu a měření:

Ukázka složené podmínky:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Světlo

https://cs.wikipedia.org/wiki/Intenzita_osvětlení

Technické poznámky:

013. Senzor PIR -zabezpečovací zařízení

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy:

Klíčová slova: infračervené světlo, pohyb, zabezpečovací zařízení

Pomůcky: iTriangle online, senzor PIR, generátor tónů

Zadání:

Vyzkoušejte si detekci pohybu pomocí PIR senzoru, který reaguje na infračervené světlo – teplotu detekovaného tělesa.

Co je cílem:

Vyzkoušejte si zjednodušený model zabezpečovacího zařízení.

Teorie:

PIR senzor je založený na měření teploty v různých segmentech svého zorného pole. V každém segmentu je jednotlivě vyhodnocena aktuální teplota a zaznamenána pro porovnání s dalším měřením v segmentu. Při pohybu teplého objektu mezi segmenty tak dojde k vyhodnocení a detekci pohybu. U PIR senzoru můžeme zjistit jeho provozní charakteristiky jako jsou například – pole detekce, doba mezi dvěma vyhodnoceními pohybu, rychlost pohybu, kterou není schopný detekovat atp.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, senzor PIR a generátor tónu.
Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Program představuje model zabezpečovacího zařízení. Chceme-li "zakódovat" prostor kolem PIR senzoru, podržíme tlačítko zmáčknuté, dokud se neozvou dva tóny za sebou (nižší a vyšší frekvence). Pokud senzor PIR detekuje pohyb v zakódovaném prostoru, spustí se "alarm" (generátor tónů zahraje melodii). Pokud senzor PIR pohyb nedetekuje, po minutě program skončí. Během programu můžeme stisknutím tlačítka prostor "odkódovat". Držte tlačítko stisknuté, dokud se neozvou dva tóny (vyšší a nižší frekvence).

PIR senzor by měl být umístěn tak, aby mířil vrcholem bílé plastové krytky směrem k detekovanému předmětu. Pohybem před senzorem můžete ověřit jeho detekční vlastnosti a výzvou pro experimentování je ve druhém kroku obelstění senzoru. Vyzkoušejte, jak senzor umí detekovat chladné předměty – např. člověk překrytý vychlazenou dekou z mrazáku. Pozná senzor, když před sebou nese člověk kartonovou desku? Je schopný detekovat pohyb i přes okno?

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

https://www.zabezpecovaci-zarizeni.cz/pohybove-detektory/vnitrni-pohybove-detektory/jak-funguje-pohybovy-detektor-%5Bb058%5D

https://cs.wikipedia.org/wiki/Infračervené_záření

Technické poznámky:

PIR senzor je schopný vyhodnotit změny stavu jen v delších časových úsecích – tzv. doba zotavení pro rozlišení dvou následných událostí je cca 5s, viz obr.

Metodické poznámky:

DEMO

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika

Mezipředmětové vztahy: přírodopis

Klíčová slova: světlo, osvětlení, teplota, vlhkost vzduchu,

Pomůcky: iTriangle online, bzučák, LED displej, senzor vlhkosti a teploty, senzor světla

Zadání:

Vyzkoušej, jak závisí množství světla dopadajícího na senzor světla na zastínění.

Co je cílem:

Ukázat, jak se mění intenzita dopadajícího světla v závislosti na zdroji světla, na vzdálenosti od zdroje světla, na zastínění.

Teorie:

Světlo je z hlediska člověka viditelná část spektra elektromagnetického záření, které nás obklopuje. Světlo je charakterizováno zejména barvou a intenzitou, které přímo závisí na zdroji světla. Intenzita osvětlení je fyzikální veličina, která se označuje písmenem E a vyjadřuje množství světla (světelný tok) dopadající na plochu. Její jednotkou je lux (lx). V běžných školních podmínkách je pro práci v učebně předepsán dolní limit osvětlení 200 lx. Na přímém slunci je možno naměřit v naší zeměpisné šířce až 70000 lx a v noci pak kolem 0,5 lx. Z uvedených hodnot je zřejmé, že sensor osvětlení by musel obsáhnout velký dynamický rozsah v rozsahu 6 řádů. Proto je nastavený pro rozlišení zejména nízkých hodnot osvětlení, kde je možné rozlišit vliv různého zastínění.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, bzučák, LED displej, senzor světla a senzor vlhkosti a teploty.
Zapneme jednotku iTriangle.
Přihlásíme se do code.itriangle.cz a nahrajeme úlohu do jednotky iTriangle. Po načtení programu se na displeji začnou zobrazovat hodnoty naměřené senzory:

Temp.......teplota ve stupních Celsia

Humid....relativní vlhost v %

Lumin......osvětleni v relativní škále

Online blokový program je naprogramován tak, že provede 50krát měření hodnot teploty, relativní vlhkosti a množství světla a zapíše hodnoty na displej.

Arduino program také průběžně měří teplotu, relativní vlhkost a množství světla a zapisuje hodnoty na displej. Zároveň podle množství dopadajícího světla bzučák vydává/nevydává různé tóny. Doporučujeme zkusit pomocí zatemňování a odtemňování senzoru světla zkusit zahrát melodii. Podobně můžete melodii vytvářet pohybem senzoru z více do méně osvětleného místa a naopak. Zkuste použít různé zdroje světla.

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

Výchozí úloha

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, Člověk a jeho svět

Mezipředmětové vztahy: přírodopis

Klíčová slova: světlo, osvětlení, teplota, vlhkost vzduchu, vzdálenost

Pomůcky: iTriangle online, OLED displej, senzor vlhkosti a teploty, senzor světla, voděodolný teploměr, UV senzor vzdálenosti

Zadání:

Zapoj senzory a displej podle schématu níže a můžeš začít měřit teplotu a vlhkost vzduchu, osvětlení, vzdálenost, teplotu voděodolným teploměrem. Naměřené hodnoty se zobtrazí na displeji.

Co je cílem:

Teorie:

Světlo je z hlediska člověka viditelná část spektra elektromagnetického záření, které nás obklopuje. Světlo je charakterizováno zejména barvou a intenzitou, které přímo závisí na zdroji světla. Intenzita osvětlení je fyzikální veličina, která se označuje písmenem E a vyjadřuje množství světla (světelný tok) dopadající na plochu. Její jednotkou je lux (lx). V běžných školních podmínkách je pro práci v učebně předepsán dolní limit osvětlení 200 lx. Na přímém slunci je možno naměřit v naší zeměpisné šířce až 70000 lx a v noci pak kolem 0,5 lx. Z uvedených hodnot je zřejmé, že sensor osvětlení by musel obsáhnout velký dynamický rozsah v rozsahu 6 řádů. Proto je nastavený pro rozlišení zejména nízkých hodnot osvětlení, kde je možné rozlišit vliv různého zastínění.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, OLED displej, senzor světla a senzor vlhkosti a teploty, voděodolný teploměr
Zapneme jednotku iTriangle.
Přihlásíme se do code.itriangle.cz a nahrajeme úlohu do jednotky iTriangle. Po načtení programu se na displeji začnou zobrazovat hodnoty naměřené senzory:

temp1.......teplota ve stupních Celsia naměřená voděodolným teploměrem

temp2.......teplota ve stupních Celsia naměřená senzorem teploty a vlhkosti

rHum.......relativní vlhost v % naměřená senzorem teploty a vlhkosti

ilum......osvětleni v relativní škále

dist.....vzdálenost naměřená UV senzorem vzdálenosti v centimetrech

Obrazovky programu a měření:

Fotky z postupu úlohy:

Zdroje na internetu:

Metodické poznámky:

Technické poznámky:

014. Odhad času

Oblast dle RVP: Člověk a příroda

Obor: fyzika, přírodopis

Mezipředmětové vztahy: matematika, zeměpis

Klíčová slova: časový interval, čas

Pomůcky: iTriangle online, bzučák, 8*8 LED displej, tlačítko

Zadání:

Odhadni šestinu kopy vteřin.

Co je cílem:

Pomocí připraveného programu otestujeme, jaký máme časový odhad.

Teorie:

Z výsledků mezinárodního šetření PISA vyplynulo, že čeští žáci mají slabé odhady. vnímání časových intervalů a jejich odhady lze procvičovat.

Postup:

Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, bzučák, tlačítko a 8*8 LED displej.
Zapneme jednotku a načteme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
Pokus je naprogramován tak, že měří dobu, po kterou je zmáčknuté tlačítko, přičemž při zmačknutí se ozve akustický signál.