1. Ve vesmíru není žádná gravitace
Co si žáci myslí:
Astronauti ve vesmírné stanici „plavají", protože ve vesmíru neexistuje gravitace – gravitace je jen na Zemi nebo zmizí, jakmile se člověk dostane dostatečně daleko.
Jak to ve skutečnosti je:
Gravitace působí všude ve vesmíru a s vzdáleností pouze slábne (klesá s druhou mocninou vzdálenosti). Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) se nachází ve výšce asi 400 km, kde je gravitační zrychlení stále přibližně 8,7 m/s² – tedy asi 89 % hodnoty na povrchu Země. Astronauti „plavají", protože stanice i oni jsou ve volném pádu kolem Země – nacházejí se ve stavu beztíže, nikoli bez gravitace.
Jak na to ve výuce:
Žáci dostanou váhu a závaží a měří tíhu. Poté učitel na grafu ukáže, jak gravitační zrychlení klesá se vzdáleností – ve výšce ISS je stále velmi vysoké. Diskuse: „Kdybychom gravitaci ‚vypnuli', co by se stalo s ISS?" (odletěla by přímočaře). Pomůže i video NASA zachycující volný pád ve výtahu nebo simulátor online.
2. Těžší předměty padají rychleji
Co si žáci myslí:
Těžká kule dopadne na zem dříve než lehké péro nebo papír, protože Země přitahuje těžší věci silněji – větší hmotnost znamená rychlejší pád.
Jak to ve skutečnosti je:
Ve vakuu padají všechna tělesa stejně rychle bez ohledu na hmotnost – gravitační zrychlení g ≈ 9,81 m/s² je pro všechna tělesa stejné. Větší gravitační síla působící na těžší těleso je přesně vyvážena jeho větší setrvačností (F = m·g, a = F/m = g). V praxi rozdíly způsobuje odpor vzduchu, nikoli gravitace samotná.
Jak na to ve výuce:
Klasická demonstrace: spustit současně těžkou knihu a list papíru – papír dopadne later. Poté položit papír na knihu a pustit je dohromady – dopadnou najednou (papír je „krytý" před odporem vzduchu). Pokud je k dispozici vzduchová pumpa, lze provést pokus s trubicí vakuem, kde péro a mince padají stejně. Žáci zapíší závěr: rozdíl způsobuje vzduch, ne gravitace.
3. Tíha a gravitační síla jsou totéž
Co si žáci myslí:
Tíha a gravitační síla jsou jen dva různé názvy pro stejnou věc – obě označují sílu, kterou Země přitahuje tělesa dolů.
Jak to ve skutečnosti je:
Jsou to dvě různé síly. Gravitační síla (Fg) je přitažlivá síla mezi Zemí a tělesem. Tíha (G) je síla, kterou těleso působí na podložku nebo závěs – tedy reakce tělesa na gravitaci. Na pólech a na rovníku má těleso stejnou hmotnost, ale mírně jinou tíhu (vliv rotace Země a tvaru Země). Ve výtahu jedoucím dolů se tíha zmenšuje, gravitační síla zůstává stejná.
Jak na to ve výuce:
Žáci stojí na osobní váze ve výtahu (nebo sledují video s vahami ve výtahu). Při rozjezdu dolů váha ukáže menší hodnotu, při brzdění nahoru větší – přitom hmotnost žáka se nemění. Učitel vysvětlí: váha měří tíhu, ne gravitační sílu. Žáci do sešitu nakreslí silový diagram pro těleso v klidu, ve volném pádu a v jedoucím výtahu.
4. Hmotnost a tíha jsou totéž (jen jiné jednotky)
Co si žáci myslí:
Hmotnost v kilogramech a tíha v newtonech jsou jen různé způsoby, jak vyjádřit „jak moc něco váží" – jde o totéž, pouze v jiných jednotkách. Říkají „vážím 50 kilogramů" a myslí tím tíhu.
Jak to ve skutečnosti je:
Hmotnost (kg) je skalární veličina vyjadřující množství látky v tělese – nemění se s místem ve vesmíru. Tíha (N) je vektorová veličina (síla) závislá na gravitačním zrychlení daného místa. Na Měsíci má člověk stejnou hmotnost jako na Zemi, ale tíhu přibližně šestkrát menší. Vztah: G = m · g.
Jak na to ve výuce:
Aktivita „Jsem na Měsíci": žáci si vypočítají svou tíhu na Zemi (m · 9,81) a na Měsíci (m · 1,62). Porovnají, co se změnilo a co ne. Doplňující otázka: „Kdybys na Měsíci chtěl zvednout lednici, bylo by to stejně těžké jako na Zemi?" (ano – hmotnost stejná, setrvačnost stejná, jen tíha je menší). Tím žáci pochopí praktický rozdíl obou pojmů.
5. Gravitace působí jen „dolů" – směrem k zemi pod nohama
Co si žáci myslí:
Gravitace vždy táhne věci „dolů", přičemž „dolů" je pro všechny lidi na světě stejný směr – k zemi pod jejich nohama. Lidé žijící na druhé straně Země by „museli padat".
Jak to ve skutečnosti je:
Gravitace je přitažlivá síla směřující vždy ke středu Země (resp. k těžišti gravitujícího tělesa). „Dolů" pro člověka v Austrálii míří do středu Země – tedy z pohledu Evropana „nahoru". Gravitace nemá absolutní směr, je vždy radiální – od povrchu ke středu tělesa. Proto jsou planety kulaté a oceány tvarují povrch rovnoměrně.
Jak na to ve výuce:
Žáci dostanou obrázek průřezu Zemí s postavičkami rozmístěnými po celém obvodu. Úkol: nakreslit šipky znázorňující gravitaci pro každou postavičku. Následná diskuse odhalí miskoncepci. Jako rozšíření: proč jsou planety kulaté? (gravitace táhne hmotu ze všech stran ke středu). Pomůže i model z papíru nebo globus s magnetickými figurkami.