6 jednoduchých fyzikálních experimentů pro děti

Fyzika je přírodní věda, která se zabývá hmotou, energií, pohybem a silou. Cílem studia fyziky je pochopit, jak funguje náš svět, a tím i náš vesmír! Zde je 6 velmi jednoduchých vědeckých experimentů pro děti, které zkoumají hustotu, gravitaci, elektřinu a tlak. Materiály, které budete potřebovat, se vám už pravděpodobně válí doma: vajíčka, voda, potravinářské barvivo, pomeranče, hřeben a dokonce i špagety!

Změna hustoty vody

Viděli jste někdy v zimě zamrznout jezero? Když teplota klesne, vytvoří se na hladině ledová pokrývka, ale pod vrstvou ledu je stále jezero. Proč k tomu dochází a proč si myslíte, že je to tak důležité? Tyto otázky budeme řešit v následujícím experimentu. Podíváme se blíže na vliv teploty na vodu a zjistíme, co se stane, když se pokusíme smíchat různě temperovanou vodu.

Co budete potřebovat:

• Dvě nádoby, například sklenice nebo odměrky
• Vodu
• Potravinářské barvivo

Návod

1. Co budete potřebovat? Do nádoby nalijte přibližně čtyři šálky vody. Přidejte 2-3 kapky modrého potravinářského barviva a dobře promíchejte. Přes noc zchlaďte v chladničce.

2. Zahřejte přibližně 1 šálek vody na páru nebo jen do varu. Přidej 2-3 kapky žlutého potravinářského barviva a dobře promíchej.

3. Do horké vody pomalu nalij ~1/4 šálku studené vody. Dbejte na to, abyste nalévali velmi pomalu a podél stěny nádoby, aby došlo k minimálnímu promíchání. Měli byste vidět, že se tvoří dvě vrstvy. Sleduj, za jak dlouho se obě vrstvy postupně spojí a vytvoří jednu zelenou vrstvu.

Co se děje?

Změna teploty vody ovlivňuje její hustotu. Když se voda zahřívá, její molekuly vibrují a pohybují se. Tím se prostor mezi nimi zvětšuje, což vede ke snížení hustoty. Když se voda ochladí, její molekuly se zpomalí a přiblíží se k sobě. Tím se její hustota zvyšuje. Ochlazená voda v našem pokusu klesla ke dnu, protože měla vyšší hustotu než voda ohřátá. Zelenala, protože se cestou dolů dotkla části horké vody, čímž se ochladila a klesla ke dnu.

V přírodě je tento jev zodpovědný za proces zvaný „obrat“. Potápění chladnější vody a stoupání teplejší vody způsobuje promíchávání vrstev jezera, což umožňuje rozptýlení živin, například kyslíku, do celého jezera. Proč tedy jezero nezamrzá ode dna nahoru? Hustota vody stále stoupá, dokud nedosáhne bodu mrazu, ale pak se její hustota opět změní. Led má mnohem menší hustotu než kapalná voda, takže každá voda, která zamrzne, stoupá vzhůru. Led vytvoří na povrchu jezera vrstvu, ale jezero pod ním zůstává tekuté, což umožňuje rostlinám a živočichům přežít zimu.

Jak přimět pomeranč, aby se potopil nebo plaval

Pokud se snažíte odhadnout, zda bude nějaký předmět plavat, je užitečné vzít v úvahu hustotu předmětu. Hustota je definována jako hmotnost na jednotku objemu a objekty s vyšším poměrem hmotnosti k objemu mají vyšší hustotu. Předměty, které mají větší hustotu než voda, se potopí, zatímco předměty s menší hustotou se udrží na hladině.

Protože má menší hustotu než voda, bude neloupaný pomeranč plavat. Mělo by být logické, že oloupání pomeranče, a tím snížení jeho hmotnosti, by mělo mít malý nebo žádný vliv. Ve skutečnosti se stane pravý opak. Může se to zdát neintuitivní, ale v následujícím pokusu uvidíme, že oloupaný pomeranč se ve skutečnosti potopí.

Co budete potřebovat:

• Nádobu se širokým hrdlem, například sklenici
• Pomeranč
• Vodu

Postupy

1. Naplňte sklenici takovým množstvím vody, aby zakryla pomeranč, pokud by byl ponořený.

2. Opatrně vložte do vody neoloupaný pomeranč. Pozoruj, co se stane. Potápí se pomeranč nebo plave?

3. Vyjměte pomeranč ze sklenice a oloupejte ho.

4. Vložte oloupaný pomeranč zpět do sklenice. Co se s pomerančem děje nyní?

Co se děje?

Může se zdát, že oloupání pomeranče by mu mělo umožnit ještě lépe plavat, protože oloupáním odstraníme část jeho hmotnosti a odlehčíme ho. Ve skutečnosti však pozorujeme, že oloupáním pomeranč klesá ke dnu. To se zdá nelogické, dokud se nezamyslíme nad podstatou hustoty.

Hustota je definována jako hmotnost na objem. Pomerančová kůra je velmi porézní, což znamená, že je v ní spousta malých otvorů. Tyto otvory jsou v podstatě malé bublinky vzduchu. Tyto vzduchové kapsy představují prázdný prostor neboli kapsy bez hmotnosti, které při výpočtu celkové hustoty slouží ke snížení konečného výsledku. Po odstranění slupky se vzduchové kapsy odstraní. Nyní má pomeranč vyšší hustotu, protože se zvýší jeho hmotnost na jednotku objemu. Pomeranč má nyní větší hustotu než voda. Proto se potápí. Ačkoli se tedy zdá, že to jde proti rozumu, výsledek ve skutečnosti dodržuje pravidla hustoty.

Jak pomocí gravitace zjistit, zda je vejce uvařené

„Gravitace“ je síla, která nás přitahuje k zemi a je zodpovědná za to, že věci padají na zem, když jsou vrženy nahoru nebo upuštěny z dálky. „Těžiště“ neboli „střed hmotnosti“ je bod, v němž je soustředěna hmotnost předmětu. Lze jej považovat za bod, v němž na předmět působí gravitace.

Stabilní těžiště umožňuje takové věci, jako je otáčení vrcholů, nebo chůzi po laně v rovnováze na tenkém laně. Tento jev můžeme také využít k určení, zda je vejce uvařené, aniž bychom ho museli rozklepnout!

Co budete potřebovat:

• 2 vejce
• 1 malý hrnec
• vodu na vaření

Postupy

1. Jedno z vajec uvařte natvrdo. *Poznámka: tato část vyžaduje dohled dospělé osoby. Existuje několik způsobů, jak uvařit vejce natvrdo, ale pro účely tohoto experimentu se chceme ujistit, že je vejce důkladně uvařené natvrdo. Toho dosáhneme tak, že vejce necháme v aktivně vařící vodě alespoň 15 minut.

2. Vejce scedíme a opláchneme pod studenou vodou. Vejce vložte na hodinu nebo déle do chladničky. Je to proto, abyste pouhou kontrolou teploty nepoznali, které vejce je uvařené.

3. Vyjměte uvařené vejce a syrové vejce z chladničky. Vejce po jednom roztočte na pracovní desce nebo na čistém povrchu. Všimněte si rozdílů ve způsobu pohybu jednotlivých vajec. Jedno vejce se otáčí hladce, zatímco druhé se kymácí a špatně se otáčí.

Co se děje?“

Obsah uvnitř skořápky syrového vejce je tekutý, takže se může pohybovat. Když se snažíš syrové vejce roztočit, jeho obsah se posouvá. Díky tomu se těžiště vejce neustále mění. Protože vajíčko nemá stabilní těžiště, netočí se plynule jako vrchol, ale kymácí se. Naproti tomu vařené vejce je uvnitř pevné. Jeho těžiště zůstává stejné. Proto se vejce uvařené natvrdo otáčí plynule a snadno ho rozeznáte od syrového, aniž byste jedno z vajec rozbili.

Testování špagetového mostu

Jedním z klíčových rozhodnutí při stavbě je výběr stavebních materiálů. Různé materiály jsou v závislosti na svém složení schopny odolat různým zatížením. Tento koncept můžeme prozkoumat tak, že postavíme miniaturní most a následně vyzkoušíme jeho schopnost unést hmotnost. Pomocí vláken nevařených špaget se podíváme na to, jak strukturální složení určitého stavebního materiálu ovlivňuje jeho schopnost odolávat tlaku.

Co budete potřebovat:

• Spagety
• Svorka na papír nebo S háček
• Malý papírový kelímek
• Několik mincí

Návod

1. Co budete potřebovat? Umístěte jeden pramen nevařených špaget mezi dvě sklenice nebo krabice tak, aby špagety tvořily most.

2. Ohněte kancelářskou sponku tak, aby tvořila esovitý háček (nebo jednoduše použijte a esovitý háček) a udělejte do papírového kelímku otvor. Zavěs papírový kelímek na háček a pak opatrně zavěs háček i kelímek na špagetový most.

3. Přidávej do kelímku postupně mince. Zaznamenejte, kolik mincí můžete přidat, než se špagety přetrhnou.

4. Znovu připravte pokus, ale tentokrát použijte ke konstrukci mostu dvě vlákna špaget. Kolik mincí nyní váš nový most udrží, než se zlomí?

5. Zjistěte, kolik mincí udrží nový most. Zopakuj pokus s použitím stále většího množství vláken špaget. Čeho si všimneš na schopnosti mostu unést mince, když přidáš více pramenů špaget?

Co se děje?

Pramen nevařených špaget je velmi křehký a při tlaku na něj praskne. Když však přidáme další prameny špaget, tlak se rozloží mezi jednotlivé prameny, takže celkový tlak působící na každý z nich je menší. Prameny se v podstatě dělí o zatížení, takže se zvyšuje počet mincí, které lze přidat, než se most zlomí.

Příkladem stavebního materiálu, který využívá tohoto principu, je překližka. Překližka se skládá z několika tenkých listů dřevěné dýhy, které byly slepeny dohromady. Výsledkem je materiál, který je schopen odolat většímu tlaku, než by byl schopen odolat jeden jediný list.

Jak vyrobit hřebenový „magnet“

Je pravděpodobné, že jste se někdy setkali se statickou elektřinou. Ten drobný náraz, který občas pocítíte, když sáhnete na kliku, to, jak se vám zvedají vlasy, když si je češete, to, jak se vám čepice lepí na vlasy – to všechno jsou příklady statické elektřiny.

V následujícím pokusu využijeme statickou elektřinu k výrobě „magnetu“. Vytvoříme elektrický náboj na hřebenu na vlasy a budeme zkoumat, jak tento náboj funguje. Na konci experimentu budeme lépe rozumět statické elektřině, budeme vědět, proč se chová tak, jak se chová, a co můžeme udělat pro to, abychom minimalizovali její účinky v každodenním životě.

Co budete potřebovat:

• Hřeben na vlasy
• Tkáň
• Nůžky

Návod

1. Pokud je váš kapesník dvouvrstvý, oddělte obě vrstvy a použijte pouze jednu. Pomocí nůžek rozstřihněte kapesník na čtvrtiny. Jednu ze čtvrtek položte naplocho na desku stolu.

2. Několikrát (nejméně 12krát) v rychlém sledu přejeďte hřebenem po vlasech. Nejlépe to funguje na čistých, suchých vlasech a nejlepších výsledků dosáhnete jemnější částí hřebenu nebo koncem, kde jsou zuby blíže u sebe.

3. Ihned po projetí hřebenu vlasy se dotkněte hřebenem jednoho okraje kapesníku. Poznáte, že se to podařilo, pokud se tkáň zvedne, aby se setkala s hřebenem, jakmile se k němu přiblíží. Pomocí svého nového „magnetického“ hřebenu zvedni kapesník ze stolu do vzduchu.

Co se děje?“

Statická elektřina vzniká, když se záporně nabité částice zvané „elektrony“ přenesou na nějaký předmět a nechají se nahromadit. V případě našeho experimentu byl tímto objektem hřeben. Elektrony „přeskočily“ z našich vlasů na hřeben, čímž hřeben získal dočasný záporný náboj. Protože se protiklady přitahují, záporné náboje na hřebenu se přitáhly ke kladným nábojům na tkáni a tkáň se „přilepila“ k hřebenu.

Suché podmínky jsou příznivější pro hromadění statické elektřiny, což je důvod, proč máte v zimě tendenci dostávat více statických šoků. Je to proto, že voda je skvělým vodičem. Když je vlhko, statické elektrické náboje, které se přirozeně hromadí na povrchu, mohou být absorbovány částečkami vody zavěšenými ve vzduchu. Tyto vodní částice se za sucha nevyskytují, takže se náboje hromadí, aby se všechny najednou rozptýlily, když se dostanou do kontaktu s jiným předmětem, například s vaší rukou na klice.

Přinutit vejce plavat ve vodě

Ne všechno plave ve vodě. Například vajíčko po vložení do nádoby plné vody klesne ke dnu. Naproti tomu pingpongový míček bude plavat. Proč k tomu dochází? Co způsobuje, že něco plave nebo se potápí? Odpovědí je hustota. Předměty, které mají větší hustotu než voda, se potopí. Ty, které mají menší hustotu, budou plavat.

Následující pokus vám umožní pozorovat vliv hustoty v praxi. Změnou hustoty vody můžeme změnit schopnost vajíčka plavat.

Co budete potřebovat:

• Průhlednou nádobu, například zavařovací sklenici
• Vejce (Poznámka: Vejce nemusí být uvařené natvrdo, ale možná bude méně nervózní nechat malé děti manipulovat s vajíčkem uvařeným natvrdo.)
• Voda
• Sůl

Návod

1. Do prázdné nádoby přidejte 1 šálek vody nebo tolik, aby se nádoba naplnila do poloviny a vejce bylo zcela ponořené. Opatrně vložte vejce do vody a pozorujte, co se bude dít.

2. Vyjměte vejce. Do vody v nádobě přidejte 6 lžic soli a promíchejte. Vejce opatrně vložte zpět do slané vody a pozorujte.

3. Vejce vyjměte a opláchněte ho sladkou vodou. Pomalu, abyste nenarušili slanou vodu, přidejte do nádoby jeden šálek čisté vody. Cílem je navrstvit sladkou vodu na slanou, nikoliv obě vrstvy smíchat. Vejce vlož do nádoby potřetí.

Co se děje?“

Vejce má větší hustotu než voda, takže nebude plavat. Když jsme však do vody přidali sůl, změnili jsme její hustotu. Udělali jsme to tak, že voda měla větší hustotu než vejce. Díky tomu se vejce mohlo vznášet. Abychom tento koncept ještě více zdůraznili, přidali jsme nad slanou vodu vrstvu sladké vody. Vejce se potopilo přes sladkou vodu, ale přestalo se potápět, když dosáhlo vrstvy slané vody.

Jedním bodem, který je třeba zdůraznit, je, že předmět nemusí vážit méně než voda, aby plaval, musí mít pouze menší hustotu. To znamená, že musí mít větší počet kapes prázdného prostoru v poměru ke své hmotnosti. Proto jsou lodě schopné plavat, přestože jsou tak velké a těžké, a proto pingpongový míček plave, ale vejce ne.

.