Soukolí

Skvělé, je vidět, že tě soukolí zaujalo. Mám pro tebe další výzvy a koumácké otázky, na které ti pomůže odpovědět právě naše koumadlo.

Koumavé výzvy a otázky

Nejdřív zkus odpovědět sám. Odpověď se schovává pod tlačítkem.

S parťákem nahlas počítejte, po kolika otáčkách se klokan a gepard (horní a dolní kolo) vrátí do původní pozice.

Výsledek je 50/49.

Klokan a gepard se na koumadle pohybují téměř stejně rychle. Je tomu tak i v přírodě?

Ano i ne. Zatímco gepard vyniká v extrémní krátkodobé rychlosti, klokan je mistrem v efektivitě pohybu na dlouhé vzdálenosti.

Gepard štíhlý je nejrychlejším suchozemským savcem a dokáže v krátkém sprintu vyvinout rychlost až 110–120 km/h. Naopak klokan rudý se pohybuje skoky a jeho maximální rychlost se pohybuje kolem 60–70 km/h.

Klokan je však mistr vytrvalosti. Díky šlachám v nohách, které fungují jako pružiny, spotřebuje při skákání paradoxně méně energie, čím rychleji se pohybuje. Dokáže udržovat rychlost kolem 40–50 km/h po velmi dlouhou dobu a na 2 km by pravděpodobně nad unaveným gepardem vyhrál.

Co se stane, když mezi dvě kola vložíme jedno další? Mění se síla, rychlost nebo směr?

Směr: Ano, změní se. Bez vloženého kola se sousední kola otáčejí opačně, s mezikolem se první a poslední kolo točí stejným směrem.

Síla a rychlost: Přidání mezikola obvykle nemění celkový převodový poměr mezi prvním a posledním kolem, takže výsledná rychlost i síla zůstávají stejné. Pohyb se však může zrychlit či zpomalit v závislosti na velikosti a počtu zubů prvního a posledního kola. Mezikolo slouží primárně k přenosu pohybu a změně směru.

Proč vyjíždíme kopce na kole na „jedničku"?

Na jedničku se rozjíždíme, protože je to méně náročné. Potřebujeme vyvinout menší sílu k uvedení tělesa do pohybu. Musíme sice šlapat častěji, ale stojí nás to méně sil.

Proč se auto rozjíždí na první rychlostní stupeň a ne na pětku?

U auta je to podobné. Rozjezd na jedničku umožní sice pomalejší, ale mnohem snazší uvedení vozu do pohybu (malý převod = lehké šlapání / velká síla / malá rychlost).

Proč je na kole tolik různých ozubených kol (různé velikosti a počty zubů)?

Pomocí přehazovačky měníme, která kola právě využíváme. Tím ovlivňujeme náročnost šlapání (sílu) a rychlost jízdy.

Představ si, že by největší kolečko bylo ještě 10× větší. Jak obtížné by bylo jím otočit?

Takové kolo by se otáčelo velmi obtížně. Bylo by nutné vynaložit velkou sílu po relativně dlouhou dobu, než by se vůbec dalo do pohybu.

Jaký je převodový poměr mezi velkou a malou ručičkou analogových hodin? Kolikrát mine minutová ručička dvanáctku, než uplyne jedna hodina?

Minutová ručička (hnací z pohledu rychlosti) oběhne ciferník za 1 hodinu. Hodinová (hnaná) jej oběhne za 12 hodin. Minutová se tedy pohybuje 12× rychleji – převodový poměr 1:12.

Příručka pro učitele: Soukolí

Obsah příručky:

Náplň – co vše lze koumadlem vysvětlit a ukázat.
Sada výzev, koumáckých a aplikačních otázek.
Využití ve výuce: jak může vypadat vyučovací hodina (1–2 hodiny).
Aplikace a příklady využití převodů v praxi.

1. Co vše lze koumadlem vysvětlit a ukázat?

Jednoduchý a složený převod.
Převodové poměry a úhlová rychlost (i když není přímo patrná, koumadlo pomáhá k lepší představivosti).
Rozložení síly na více míst působení (využití více menších zdrojů).
Výpočet převodového poměru pomocí vzorce.

2. Náplň hodiny

Pokud máte k dispozici více koumadel, rozdělte žáky do skupin. Nechte je volně experimentovat a poté je požádejte, aby principy soukolí a převodů vysvětlili vlastními slovy spolužákům.

Doporučený postup aktivit

1
Uchop ozubené kolo a roztoč ho (pohyb se přenáší na všechna kola).
2
Sleduj jak se zvířátka pohybují (směr pohybu).
3
Umísti každé zvířátko do „domečku“ (příprava na závod).
4
Odstartuj závod – zjisti, v jakém pořadí zvířátka doběhnou. Zajímavost: Klokan a gepard se pohybují téměř stejně rychle. Je tomu tak i v přírodě?
5
Pozoruj kolikrát musíš otočit kolem, aby se dvě vybraná ozubená kola vrátila do výchozí pozice. Zkoušejte sousední i vzdálenější kola. Tímto získáte poměr otáčení, který odpovídá poměru počtu zubů (úhlová rychlost).
6
Prozkoumej jakou roli hraje počet zubů.

Rozšiřující informace a pojmy

Hnací kolo (vyvíjí akci) vs. hnané kolo (to, které se „veze“). Převodový poměr i se spočítá:

z otáček kol: i = n₁ / n₂
z počtu zubů: i = z₂ / z₁ (např. 20/10 = 2:1)
z průměrů kol: i = D₂ / D₁

Index 2 značí kolo hnané, index 1 kolo hnací.

Pokud je i > 1, jde o převod do pomala. Pokud je i < 1, jde o převod do rychla.

Platí: čím menší je hnací kolo, tím vícekrát se musí otočit, aby jednou otočilo velkým hnaným kolem.

3. Aplikace a příklady využití převodů v praxi

Převody jsou součástí mnoha strojů a plní různé úlohy. Najdeme je v motorech aut, na jízdních kolech, v motocyklech, hydraulických zvedácích či převodovkách.

Jsou srdcem mechanických hodinek a budíků, ale najdeme je i v otvírácích na konzervy, kuchyňských mlýncích, mixérech, aku vrtačkách nebo tiskárnách. Využívají se také ve větrných elektrárnách, na bagrech, eskalátorech, ve výtazích nebo na pásových dopravnících.

Související termíny

Převodovka: Strojní zařízení umožňující převod mezi hnacím a hnaným strojem; mění rotační pohyb na pohyb s jinou úhlovou rychlostí a točivým momentem.
Ozubený převod: Nejrozšířenější druh převodu pracující na principu záběru (přenos sil tlakem) s bezprostředním dotykem členů.
Soukolí: Sestava hnacího a hnaného kola; menší se nazývá pastorek, větší kolo.
Ozubené kolo: Strojní součást určená k převodu točivého pohybu a přenosu mechanické energie mezi hřídeli.

Vyzkoušej další koumadla

Prohlédnout všechna Koumadla