Prvky dopravní výchovy ve výuce fyziky na základní a střední škole Prvky dopravní výchovy nalezneme na základní škole téměř ve všech předmětech. Asi nejvíce těchto prvků nalezneme ve fyzice a pracovních činnostech. Ve fyzice nalezneme velké množství souvislostí. Jako důkaz uvedeme základní přehled těchto prvků v učivu fyziky druhého stupně ZŠ. Obsahem fyziky na základní škole jsou tyto stěžejní tematické celky: 1. Látka a těleso, měření fyzikálních veličin. 2. Pohyby a vzájemné působení těles. 3. Mechanické vlastnosti kapalin a plynů. 4. Práce, energie. 5. Elektromagnetické jevy. 6. Zvukové jevy. 7. Světelné jevy. 8. Jádro atomu, jaderná energie. 9. Vesmír. Ve fyzice na střední škole se setkáme s většinou těchto témat v rozšířené podobě a přibývají některé nové (speciální teorie relativity, kvantová fyzika). Franz (1979) ve svém metodickém listu řeší problematiku mezipředmětových vztahů fyziky a dopravní výchovy. Uvádí velmi přehledně, které prvky dopravní výchovy jsou v učivu fyziky základní i střední školy obsaženy. My uvedeme pouze výběr těch podle našeho názoru nejzajímavějších souvislostí. o Pohyb tělesa: úkoly na rychlost vozidel, zrychlení, odstředivá síla, smyk, nebezpečí při vysokých rychlostech, nezvládnutí vozidla v zatáčce v důsledku vysoké rychlosti, význam tření pro pohyb vozidel, změny povrchu vozovek v důsledku povětrnostních vlivů, vliv tření na brzdnou dráhu, závislost bezpečnosti provozu na používaných pneumatikách, projevy tření v pohybujících se částech vozidla a další. o Skládání sil: vyprošťování vozidel, účinek odstředivé síly, význam sklonu komunikace v zatáčce, vliv polohy těžiště na rovnováhu na jízdním kole a na motocyklu a další. o Mechanická práce a energie:pohybová energie jedoucího vozidla, výkon motoru, srovnávání výkonů, účinnost motoru a další. o Jednoduché stroje: využití páky ve vozidlech, páka jako nástroj, užití principu páky u jízdního kola, nakloněná rovina a dopravní prostředky, kolo na hřídeli a převodové ústrojí jízdního kola, řazení rychlostí a další. o Teplo, tepelná energie: předávání tepla při chlazení, motorů, volba vody jako chladící kapaliny, pohonné hmoty v dopravě. o Změny skupenství: vliv počasí na velikost tření na vozovce, úprava chlazení motorů v zimě. o Tepelné motory: činnost spalovacích motorů, nové typy spalovacích motorů, smysl údržby motorů. o Elektrický obvod: elektrické napětí u motorového vozidla, zdroje napětí, elektrická výbava jízdního kola, zapojené spotřebičů v motorovém vozidle. o Elektrická energie: příkon elektrických spotřebičů zapojených v motorovém vozidle, odběr elektrické energie, vybíjení akumulátoru, funkce pojistek. o Magnetické pole: elektromagnety ve vozidlech. o Elektromagnetická indukce: princip zapalování zážehových motorů. o Střídavý proud: alternátory, elektromotory ve vozidlech, elektromobil jako auto budoucnosti · Elektrický proud v plynech: princip zapalování zážehových motorů, zapalovací svíčka, · Přímočaré šíření světla: dobrá viditelnost za jízdy, význam jednotlivých světel, osvětlení jízdního kola, oslnění, světelná houkačka, označení stojícího vozidla. · Odraz světla: význam zpětných zrcátek, odrazová skla, význam vypuklých zrcadel v dopravě. Z výše uvedeného je patrné, že ve výuce fyziky velmi často učitelé řeší otázky dopravní výchovy strategického charakteru. Je třeba, aby si tuto skutečnost plně uvědomovali a při setkávání se s těmito prvky na ně kladly odpovídající důraz. Mnohdy si děti např. neuvědomují, jak je nebezpečné přebíhat vozovku před projíždějícím vozidlem. V souvislosti s tímto problémem by bylo možné udělat se žáky (i studeny střední školy) ve fyzice tento jednoduchý příklad z kinematiky hmotného: Vypočítejte, v jaké vzdálenosti musí být projíždějící automobil před Vámi, aby jste mohli bezpečně přejít silnici.K přeběhnutí silnice potřebujete 2s. Automobil jede rychlostí 50 km/h. Řešení: Musíme spočítat, jakou dráhu automobil urazí za 2s. v = 50 km/h = 13,9 m/s t = 2s s = ? s = v. t = 13,9 . 2 m = 27,8 m. Automobil, který jede maximální povolenou rychlostí v obci urazí za 2s dráhu 27,8 m! I když řidič přecházejícího člověka spatří, jeho reakční doba může být až 1 s i více. Může tedy začít brzdit až po první sekundě. Je tedy třeba, aby byl automobil minimálně v této vzdálenosti. Tento fakt je třeba žáků zdůraznit. Se studenty střední školy je také možné spočítat dráhu, kterou automobil urazí při brždění (rovnoměrně zpomalený pohyb). Na středních školách je možné dále řešit se studenty příklady typu: - Výpočet brzdné dráhy a pod. - Výpočet dráhy potřebné k předjetí vozidla. Příklad na výpočet dráhy bržděného vozidla [obdobný přiklad uvádí ve své studii R. Blažková(1979)]: Může řidič zabránit nehodě, jestliže do vozovky vběhne dítě 30 metrů před automobilem, který jede rychlostí 50 km/h? Automobil jede po suché vozovce s koeficientem tření m= 0,5. Počítejme reakční dobu řidiče 1s a dobu zpoždění brzd 0,2 s. Řešení: v = 50 km/h= 13,9 m/s t = 1+ 0,2 s - doba, než vozidlo začne brzdit s[r]= v. t = 13,9. 1,2m = 16,68m – dráha, kterou automobil ujede, než začne brzdit s = (vztah pro výpočet brzdné dráhy vozidla) s[c]= s[r]+ s – celková dráha, kterou automobil ujede k místu, kde vběhlo dítě do vozovky s[c]= 16,68 + = 16,68 + 19,3 = 35,98 m Automobil tedy ujede dráhu 35,98 m. Řidič nemůže srážce zabránit! Příklad na výpočet dráhy potřebné k předjetí vozidla[opět obdobný příklad nalezneme ve studii R. Blažkové(1979)]: Automobil jede rychlostí 50 km/h a předjíždí ho jiný automobil rychlostí 70 km/h. Jak dlouho trvá předjíždění, jestliže začne 50 m a skončí 30 m před předjížděným vozidlem? Na jak dlouhý úsek musí řidič vidět, aby předjel bezpečně? Řešení: V[1] = 50 km/h = 13,9 m/s v[2] = 70 km/h = 19,4 m/s s- dráha, kterou urazí vozidlo při předjíždění s[p]- dráha, kterou urazí v průběhu předjíždění předjížděné vozidlo platí: s = 50 + 30 + s[p ]t[1] – doba, kterou trvá předjíždění t[2]- doba, kterou jede předjížděné vozidlo v průběhu předjíždění platí :t[1] = t[2 ]t[1]= t[2] = = = Po výpočtu neznámé dostaneme: s[p] = 202,18m, s = 50 + 30 + 202,18 = 282,18 m. Doba předjíždění t = Je třeba si tedy uvědomit, že předjíždějící automobil potřebuje při daných parametrech 282,18 m na předjetí a čas 14,5 s. Musí mít tedy výhled na tuto vzdálenost a v protisměru nesmí být žádné auto, jinak by došlo ke srážce! Dalším příkladem bychom mohli motivovat žáky k používání helmy při jízdě na kole: (tematický celek mechanická energie a práce): Cyklista jede na kole rychlostí 36 km/h. Spočítejte, jakou má pohybovou energii, jestliže váží 70 kg. Kolo váží 12 kg. Řešení: m[c] = 70 kg (hmotnost cyklisty) m [k] = 12 kg (hmotnost kola) v = 36 km/h = 10 m/s E[k] = ? m = m[c] + m [k] = 82 kg = 82 .10^2 = 4100J Cyklista a kolo mají pohybovou energii 4 100J. Pokud by cyklista např. narazil do svodidel a spadl by na hlavu, musela by se k zbrzdění jeho těla a kola vykonat práce 4100J! Největší část této energie by se přenesla právě na hlavu cyklisty! To je s ohledem na situaci velká hodnota pohybové energie. Většina úrazů hlavy je smrtelných! Výše naznačené postupy mohou být vodítkem k realizaci dopravní výchovy ve výuce fyziky na základní i střední škole. Je již jen na učitelích, zda uvedené náměty tvořivě využijí ve výuce a přispějí tak k rozšíření znalostí z dopravní výchovy u dospívající mládeže. Použitá literatura: BLAŽKOVÁ, R. Prvky dopravní výchovy v učivu matematiky a fyziky, Brno:krajský pedagogický ústav, 1979. FRANZ, Z. Náměty k dopravní výchově ve vyučování fyzice v 7.-9. ročníku ZDŠ. metodický list,Brno, 1979. JANÁS, J. TRNA, J. Konkrétní didaktika fyziky. Brno:MU, 1996. ISBN 80-210-2056-3. RÁMCOVÝ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM PRO ZÁKLADNÍ VZDĚLÁVÁNÍ, schváleny dne 28.8. 2004, MŠMT. Praha, 2004.