6 prostych eksperymentów naukowych z fizyki dla dzieci

Fizyka jest nauką przyrodniczą, która zajmuje się materią, energią, ruchem i siłą. Celem studiowania fizyki jest zrozumienie, jak działa nasz świat, a co za tym idzie, jak działa nasz wszechświat! Oto 6 super prostych eksperymentów naukowych dla dzieci, które pozwolą im poznać gęstość, grawitację, elektryczność i ciśnienie. Prawdopodobnie masz już potrzebne materiały leżące w domu: jajka, wodę, barwnik spożywczy, pomarańcze, grzebień, a nawet spaghetti!

Zmiana gęstości wody

Czy widziałeś kiedyś, jak jezioro zamarza zimą? Kiedy temperatura spada, na wierzchu tworzy się tafla lodu, ale pod warstwą lodu nadal jest jezioro. Dlaczego tak się dzieje i jak myślicie, dlaczego jest to takie ważne? Zajmiemy się tymi pytaniami w poniższym eksperymencie. Przyjrzymy się z bliska wpływowi temperatury na wodę i zobaczymy, co się stanie, gdy spróbujemy zmieszać wodę o różnej temperaturze.

Co będzie potrzebne:

• Dwa pojemniki, takie jak słoiki lub miarki
• Woda
• Barwnik spożywczy

Sposoby postępowania

1. Dodaj około czterech szklanek wody do pojemnika. Dodaj 2-3 krople niebieskiego barwnika spożywczego i dobrze wymieszaj. Schłodzić w lodówce przez noc.

2. Podgrzać około 1 szklanki wody do stanu pary lub wrzenia. Dodaj 2-3 krople żółtego barwnika spożywczego i dobrze wymieszaj.

3. Powoli wlej ~1/4 szklanki zimnej wody do gorącej wody. Upewnij się, że wlewasz bardzo powoli i wzdłuż boku pojemnika, tak aby nie było minimalnego mieszania. Powinieneś zobaczyć jak tworzą się dwie warstwy. Odmierz czas, ile czasu potrzeba, aby te dwie warstwy stopniowo połączyły się w jedną zieloną warstwę.

Co się dzieje?

Zmiana temperatury wody wpływa na jej gęstość. Kiedy woda się nagrzewa, jej cząsteczki wibrują i poruszają się. Powoduje to, że przestrzeń między nimi zwiększa się, co skutkuje zmniejszeniem gęstości. Gdy woda się ochładza, jej cząsteczki zwalniają i zbliżają się do siebie. To sprawia, że woda ma większą gęstość. Schłodzona woda w naszym eksperymencie opadła na dno, ponieważ miała większą gęstość niż woda podgrzana. Zmieniła kolor na zielony, ponieważ dotknęła trochę gorącej wody w drodze na dół, chłodząc ją i sprawiając, że tonie.

W naturze to zjawisko jest odpowiedzialne za proces zwany „obrotem”. Zatapianie się chłodniejszej wody i podnoszenie się cieplejszej powoduje mieszanie się warstw jeziora, co pozwala na rozpraszanie się składników odżywczych, takich jak tlen. Dlaczego więc jezioro nie zamarza od dołu do góry? Gęstość wody wzrasta do momentu osiągnięcia stanu zamarzania, ale potem jej gęstość znów się zmienia. Lód ma znacznie mniejszą gęstość niż woda w stanie ciekłym, więc każda woda, która zamarza, unosi się do góry. Lód tworzy warstwę na powierzchni jeziora, ale pod spodem jezioro pozostaje płynne, pozwalając roślinom i zwierzętom przetrwać zimę.

How to Make an Orange Sink or Swim

Podczas próby odgadnięcia, czy obiekt będzie unosił się na wodzie, warto wziąć pod uwagę jego gęstość. Gęstość jest definiowana jako masa na jednostkę objętości, a obiekty o wyższym stosunku masy do objętości mają większą gęstość. Obiekty, które są gęstsze od wody będą tonąć, podczas gdy te, które są mniej gęste będą utrzymywać się na powierzchni.

Ponieważ jest mniej gęsta od wody, nieobrana pomarańcza będzie unosić się na wodzie. Powinno być zrozumiałe, że obieranie pomarańczy, a tym samym zmniejszanie jej masy, powinno mieć niewielki lub żaden wpływ. W rzeczywistości dzieje się wręcz przeciwnie. Może się to wydawać sprzeczne z intuicją, ale w poniższym eksperymencie zobaczymy, że obieranie pomarańczy faktycznie sprawia, że ona tonie.

Czego będziesz potrzebował:

• Pojemnik o szerokich ustach, taki jak słoik
• Pomarańcza
• Woda

Sposób postępowania

1. Napełnij słoik taką ilością wody, aby przykryć pomarańczę, gdyby była zanurzona.

2. Delikatnie włóż nieobraną pomarańczę do wody. Zaobserwuj, co się dzieje. Czy pomarańcza tonie, czy unosi się na wodzie?

3. Wyjmij pomarańczę ze słoika i obierz ją.

4. Włóż obraną pomarańczę z powrotem do słoika. Co się teraz dzieje z pomarańczą?

Co się dzieje?

Może się wydawać, że obieranie pomarańczy powinno pozwolić jej unosić się jeszcze lepiej, ponieważ obierając ją usuwamy część jej masy i czynimy ją lżejszą. W rzeczywistości obserwujemy, że obieranie pomarańczy powoduje, że ona tonie. Wydaje się to nielogiczne, dopóki nie weźmiemy pod uwagę natury gęstości.

Gęstość jest definiowana jako masa na objętość. Skórka pomarańczy jest bardzo porowata, co oznacza, że ma w sobie mnóstwo maleńkich dziurek. Otwory te są w istocie małymi pęcherzykami powietrza. Te kieszenie powietrzne są pustą przestrzenią lub kieszeniami bez masy, które podczas obliczania całkowitej gęstości służą do zmniejszenia ostatecznego wyniku. Gdy zdejmiemy skórkę, kieszenie powietrzne zostaną usunięte. Teraz pomarańcza ma większą gęstość, ponieważ jej masa na jednostkę objętości wzrasta. Pomarańcza jest teraz gęstsza od wody. Dlatego też tonie. Tak więc, podczas gdy wydaje się to sprzeczne z rozsądkiem, rezultat jest w rzeczywistości zgodny z zasadami gęstości.

How to Use Gravity to Tell if an Egg is Cooked

„Grawitacja” jest siłą, która przyciąga nas w kierunku ziemi, i jest odpowiedzialna za to, że rzeczy spadają na ziemię, gdy są wyrzucane w górę lub upuszczane z odległości. Środek ciężkości”, lub „środek masy”, to punkt, w którym skupia się ciężar obiektu. Może być uważany za punkt, na który działa grawitacja na obiekt.

Posiadanie stabilnego środka ciężkości umożliwia takie rzeczy jak wirujące wierzchołki, lub dla osoby chodzącej po linie, aby utrzymać równowagę na cienkim drucie. Możemy również wykorzystać to zjawisko, aby określić, czy jajko jest ugotowane, bez konieczności rozbijania jajka!

Co będzie potrzebne:

• 2 jajka
• 1 mały garnek
• Woda do gotowania

Wskazówki

1. Ugotuj jedno z jajek na twardo. *Uwaga: ta część wymaga nadzoru osoby dorosłej. Jest kilka sposobów na ugotowanie jajka na twardo, ale dla celów tego eksperymentu chcemy się upewnić, że jajko jest dokładnie ugotowane na twardo. Aby to osiągnąć, pozwól jajku siedzieć w aktywnie gotującej się wodzie przez co najmniej 15 minut.

2. Odcedź jajko i opłucz je pod chłodną wodą. Umieść jajko w lodówce na godzinę lub dłużej. To jest tak, że nie można powiedzieć, które jajko jest ugotowane po prostu sprawdzając temperaturę.

3. Wyjmij ugotowane jajko i surowe jajko z lodówki. Obracaj jajka, jedno po drugim, na blacie lub czystej powierzchni. Zwróć uwagę na różnice w sposobie poruszania się każdego jajka. Jedno jajko obraca się gładko, podczas gdy drugie chwieje się i jest trudne do obrócenia.

Co się dzieje?

Zawartość wewnątrz skorupki surowego jajka jest płynna, więc jest w stanie się poruszać. Kiedy próbujesz obracać surowym jajkiem, jego zawartość przemieszcza się. To powoduje, że środek ciężkości jajka ciągle się zmienia. Ponieważ nie ma ono stabilnego środka ciężkości, jajko nie obraca się gładko, jak góra, lecz chwieje się. Ugotowane jajko, z drugiej strony, jest stałe w środku. Jego środek ciężkości pozostaje niezmienny. Dlatego jajko ugotowane na twardo będzie się obracać gładko i łatwo je odróżnić od surowego, bez konieczności rozbijania któregokolwiek z nich. W zależności od ich składu, różne materiały są w stanie wytrzymać różne obciążenia. Możemy zbadać tę koncepcję, konstruując miniaturowy most, a następnie sprawdzając jego zdolność do utrzymania ciężaru. Użyjemy nitek niegotowanego spaghetti, aby sprawdzić, jak skład strukturalny danego materiału budowlanego wpływa na jego zdolność do wytrzymywania nacisku.

Co będziesz potrzebował:

• Spaghetti
• Spinacz do papieru lub haczyk S
• Mały papierowy kubek
• Kilka monet

Kierunki

1. Umieść jedną nitkę nieugotowanego spaghetti pomiędzy dwoma słoikami lub pudełkami tak, aby spaghetti utworzyło most.

2. Zegnij spinacz, aby utworzyć haczyk w kształcie litery S (lub po prostu użyj haczyka w kształcie litery S) i zrób dziurkę w papierowym kubku. Zawieś papierowy kubek na haczyku, a następnie ostrożnie zawieś haczyk i kubek na moście spaghetti.

3. Dodawaj monety do kubka po jednej na raz. Zapisz, ile monet możesz dodać, zanim spaghetti pęknie.

4. Przygotuj eksperyment ponownie, ale tym razem użyj dwóch nitek spaghetti do skonstruowania mostu. Ile monet zmieści się na nowym moście, zanim się złamie?

5. Powtórz eksperyment, używając coraz większej ilości nitek spaghetti. Co zauważyliście na temat zdolności mostu do przenoszenia monet, gdy dodawaliście kolejne nitki spaghetti?

Co się dzieje?

Nitka nieugotowanego spaghetti jest bardzo krucha i pęka, gdy się na nią naciska. Kiedy jednak dodamy dodatkowe nitki spaghetti, ciśnienie rozkłada się na wszystkie nitki, więc całkowite ciśnienie wywierane na każdą z nich jest mniejsze. Nitki są w zasadzie dzielenie obciążenia, więc liczba monet, które mogą być dodawane, zanim most breaks increases.

Przykładem materiału budowlanego, który wykorzystuje tę zasadę jest sklejka. Sklejka składa się z wielu cienkich arkuszy forniru drewnianego, które zostały sklejone razem. W ten sposób powstaje materiał, który jest w stanie wytrzymać większe ciśnienie, niż byłoby to możliwe w przypadku pojedynczego arkusza.

Jak zrobić grzebień „Magnes”

Możliwe, że doświadczyłeś elektryczności statycznej w pewnym momencie. Ten mały wstrząs, który odczuwasz czasami, gdy sięgasz do klamki, sposób, w jaki twoje włosy odstają, gdy je rozczesujesz, sposób, w jaki twój kapelusz przylega do twoich włosów – wszystko to są przykłady elektryczności statycznej.

W poniższym eksperymencie użyjemy elektryczności statycznej do zrobienia „magnesu”. Wytworzymy ładunek elektryczny na grzebieniu do włosów i zbadamy, jak ten ładunek działa. Pod koniec eksperymentu będziemy lepiej rozumieć elektryczność statyczną, dlaczego zachowuje się ona w taki sposób i co możemy zrobić, aby zminimalizować jej skutki w naszym codziennym życiu.

Co będzie potrzebne:

• Grzebień do włosów
• Chusteczka
• Nożyczki

Wskazówki

1. Jeśli Twoja chusteczka jest dwuwarstwowa, oddziel obie warstwy i użyj tylko jednej. Za pomocą nożyczek potnij chusteczkę na ćwiartki. Połóż jedną z ćwiartek płasko na blacie stołu.

2. Przeczesz włosy grzebieniem kilka razy (co najmniej 12 razy) w szybkim tempie. Działa to najlepiej na czystych, suchych włosach i przyniesie najlepsze rezultaty z drobniejszą częścią grzebienia, lub końcem, gdzie zęby są bliżej siebie.

3. Natychmiast po uruchomieniu grzebienia przez włosy, dotknij grzebienia do jednej krawędzi tkanki. Będziesz wiedzieć, że to zadziałało, jeśli chusteczka podniesie się, aby spotkać się z grzebieniem, jak tylko się do niego zbliży. Używając nowego „magnetycznego” grzebienia, podnieś chusteczkę ze stołu i wznieś ją w powietrze.

Co się dzieje?

Elektryczność statyczna jest generowana, gdy ujemnie naładowane cząstki zwane „elektronami” są przenoszone do obiektu i pozwalają się gromadzić. W przypadku naszego eksperymentu, obiektem tym był grzebień. Elektrony „przeskoczyły” z naszych włosów na grzebień, nadając mu tymczasowo ładunek ujemny. Ponieważ przeciwieństwa się przyciągają, ładunki ujemne na grzebieniu zostały przyciągnięte do ładunków dodatnich na tkance, a tkanka „przykleiła się” do grzebienia.

Suchsze warunki bardziej sprzyjają gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych, dlatego w zimie częściej dochodzi do wstrząsów elektrostatycznych. Dzieje się tak dlatego, że woda jest świetnym przewodnikiem. Kiedy jest wilgoć, statyczne ładunki elektryczne, które naturalnie gromadzą się na powierzchni, mogą być absorbowane przez cząsteczki wody zawieszone w powietrzu. Te cząsteczki wody nie są obecne podczas suchych warunków, więc ładunki gromadzą się, tylko po to, aby rozproszyć się wszystkie naraz, gdy wejdą w kontakt z innym obiektem, takim jak twoja ręka na klamce.

Uczyń jajko pływającym w wodzie

Nie wszystko pływa w wodzie. Jajko, na przykład, opadnie na dno, gdy zostanie umieszczone w pojemniku pełnym wody. Z drugiej strony, piłeczka pingpongowa będzie się unosić. Dlaczego tak się dzieje? Co sprawia, że coś pływa lub tonie? Odpowiedzią jest gęstość. Przedmioty, które są gęstsze od wody, będą tonąć. Te, które są mniej gęste, będą się unosić.

Następujący eksperyment pozwoli wam zaobserwować efekt gęstości w działaniu. Zmieniając gęstość wody, możemy zmienić zdolność jajka do unoszenia się na wodzie.

What you’ll need:

• A see-through container such as a jar
• An Egg (Note: The egg doesn’t have to be hard-boiled, but it might be less denerwing-wracking to let little ones handle a hard-boiled egg.)
• Woda
• Sól

Wskazówki

1. Dodaj 1 szklankę wody do pustego pojemnika, lub tyle, ile potrzeba, aby wypełnić pojemnik do połowy i pozwolić jajku być całkowicie zanurzonym. Delikatnie umieść jajko w wodzie i obserwuj, co się stanie.

2. Wyjmij jajko. Dodaj 6 łyżek soli do wody w pojemniku i zamieszaj, aby wymieszać. Delikatnie umieść jajko z powrotem w słonej wodzie i obserwuj.

3. Wyjmij jajko i opłucz je słodką wodą. Powoli, tak aby nie naruszyć słonej wody, dodaj jedną filiżankę czystej wody do pojemnika. Celem jest nałożenie warstwy słodkiej wody na słoną, a nie mieszanie obu warstw. Umieść jajko w pojemniku po raz trzeci.

Co się dzieje?

Jajko ma większą gęstość niż woda, więc nie będzie unosić się na wodzie. Kiedy jednak dodaliśmy do wody sól, zmieniliśmy jej gęstość. Zrobiliśmy to tak, że woda miała większą gęstość niż jajko. Dzięki temu jajko było w stanie unosić się na wodzie. Aby jeszcze bardziej podkreślić tę koncepcję, dodaliśmy warstwę słodkiej wody na słoną wodę. Jajko zatonęło w słodkiej wodzie, ale przestało tonąć, gdy osiągnęło warstwę słonej wody.

Jednym z punktów do podkreślenia jest to, że obiekt nie musi ważyć mniej niż woda, aby unosić się na wodzie, po prostu musi być mniej gęsty. Oznacza to, że musi mieć większą liczbę kieszeni pustej przestrzeni w stosunku do swojej masy. To właśnie dlatego łodzie są w stanie unosić się na wodzie, mimo że są tak duże i ciężkie, i to dlatego piłeczka pingpongowa będzie unosić się na wodzie, ale jajko nie.