6 experimente științifice simple de fizică pentru copii

Fizica este știința naturală care se ocupă cu materia, energia, mișcarea și forța. Scopul studiului fizicii este de a înțelege cum funcționează lumea noastră și, prin extensie, cum funcționează universul nostru! Iată 6 experimente științifice super simple pentru copii pentru a explora densitatea, gravitația, electricitatea și presiunea. Probabil că aveți deja materialele de care veți avea nevoie prin casă: ouă, apă, coloranți alimentari, portocale, un pieptene și chiar spaghete!

Schimbarea densității apei

Ați văzut vreodată un lac înghețând iarna? Când temperatura scade, se formează o peliculă de gheață deasupra, dar sub stratul de gheață, lacul este încă acolo. De ce se întâmplă acest lucru și de ce credeți că este atât de important? Vom aborda aceste întrebări în următorul experiment. Vom analiza îndeaproape efectele temperaturii asupra apei și vom vedea ce se întâmplă atunci când încercăm să amestecăm apă cu temperaturi diferite.

De ce veți avea nevoie:

• Două recipiente, cum ar fi borcane sau cupe de măsurare
• Apă
• Colorant alimentar

Direcții

1. Adăugați aproximativ patru căni de apă într-un recipient. Adăugați 2-3 picături de colorant alimentar albastru și amestecați bine. Răciți în frigider peste noapte.

2. Încălziți aproximativ o cană de apă până la abur sau doar până la fierbere. Adăugați 2-3 picături de colorant alimentar galben și amestecați bine.

3. Turnați încet ~1/4 cană de apă rece în apa fierbinte. Asigurați-vă că turnați foarte încet și de-a lungul părții laterale a recipientului, astfel încât să existe un amestec minim. Ar trebui să vedeți că se formează două straturi. Cronometrați cât timp este nevoie pentru ca cele două straturi să se unească treptat pentru a forma un singur strat verde.

Ce se întâmplă?

Schimbarea temperaturii apei afectează densitatea acesteia. Când apa se încălzește, moleculele sale vibrează și se deplasează. Acest lucru face ca spațiul dintre ele să crească, rezultând o densitate mai mică. Pe măsură ce apa se răcește, moleculele sale încetinesc și se apropie unele de altele. Acest lucru face ca apa să fie mai densă. Apa răcită din experimentul nostru s-a scufundat pe fundul apei, deoarece avea o densitate mai mare decât apa încălzită. A devenit verde pentru că a atins o parte din apa caldă pe drum în jos, răcind-o și făcând-o să se scufunde.

În natură, acest fenomen este responsabil pentru un proces numit „turnover”. Scufundarea apei mai reci și ridicarea apei mai calde face ca straturile unui lac să se amestece, permițând nutrienților, cum ar fi oxigenul, să fie împrăștiați peste tot. Așadar, de ce nu îngheață un lac de jos în sus? Densitatea apei continuă să crească până când ajunge la îngheț, dar apoi densitatea ei se schimbă din nou. Gheața este mult mai puțin densă decât apa lichidă, astfel încât orice apă care îngheață se ridică la suprafață. Gheața formează un strat pe suprafața lacului, dar lacul rămâne lichid dedesubt, permițând plantelor și animalelor să supraviețuiască pe timpul iernii.

Cum să faci o portocală să se scufunde sau să înoate

Când încerci să ghicești dacă un obiect va pluti, este util să iei în considerare densitatea obiectului. Densitatea este definită ca fiind masa pe unitatea de volum, iar obiectele cu un raport masă-volum mai mare au o densitate mai mare. Obiectele care sunt mai dense decât apa se vor scufunda, în timp ce cele care sunt mai puțin dense vor rămâne pe linia de plutire.

Pentru că este mai puțin densă decât apa, o portocală decojită va pluti. Ar trebui să fie logic că decojirea unei portocale, și astfel diminuarea masei sale, ar trebui să aibă un efect mic sau nul. Ceea ce se întâmplă, de fapt, este opusul. Poate părea contraintuitiv, dar în următorul experiment vom vedea că decojirea unei portocale o face de fapt să se scufunde.

De ce veți avea nevoie:

• Un recipient cu gura largă, cum ar fi un borcan
• O portocală
• Apă

Direcții

1. Umpleți borcanul cu suficientă apă pentru a acoperi o portocală, în cazul în care aceasta ar fi scufundată.

2. Puneți ușor în apă o portocală fără coajă. Observați ce se întâmplă. Portocala se scufundă sau plutește?

3. Scoateți portocala din borcan și decojiți-o.

4. Puneți portocala decojită înapoi în borcan. Ce se întâmplă cu portocala acum?

Ce se întâmplă?

Se poate părea că decojirea portocalei ar trebui să îi permită să plutească și mai bine, deoarece prin decojire eliminăm o parte din masa ei și o facem mai ușoară. De fapt, ceea ce observăm este că decojirea unei portocale o face să se scufunde. Acest lucru pare ilogic până când luați în considerare natura densității.

Densitatea este definită ca masă pe volum. O coajă de portocală este foarte poroasă, ceea ce înseamnă că are o mulțime de găuri mici în ea. Găurile sunt, în esență, mici bule de aer. Aceste buzunare de aer sunt spații goale, sau buzunare fără masă care, atunci când se calculează densitatea totală, servesc la scăderea rezultatului final. Atunci când îndepărtați coaja, buzunarele de aer sunt eliminate. Acum, portocala are o densitate mai mare, pentru că masa sa pe unitatea de volum crește. Portocala este acum mai densă decât apa. Prin urmare, se scufundă. Așadar, deși pare să meargă împotriva rațiunii, rezultatul este de fapt aderarea la regulile densității.

Cum să folosiți gravitația pentru a vă da seama dacă un ou este gătit

„Gravitația” este forța care ne atrage spre pământ și este responsabilă de faptul că face ca lucrurile să cadă la pământ atunci când sunt aruncate în sus, sau scăpate de la distanță. „Centrul de greutate”, sau „centrul de masă”, este punctul în care se concentrează greutatea unui obiect. Acesta poate fi considerat ca fiind punctul asupra căruia gravitația acționează asupra unui obiect.

Având un centru de greutate stabil face posibile lucruri cum ar fi titirezul, sau ca un funambulist să se echilibreze pe un fir subțire. De asemenea, putem profita de acest fenomen pentru a determina dacă un ou este fiert, fără a fi nevoie să spargem oul!

De ce veți avea nevoie:

• 2 ouă
• 1 oală mică
• Apă pentru fiert

Direcții

1. Fierbeți tare unul dintre ouă. *Nota: această parte necesită supravegherea unui adult. Există mai multe moduri de a fierbe tare un ou, dar în scopul acestui experiment vrem să ne asigurăm că oul este bine fiert. Pentru a realiza acest lucru, lăsați oul să stea în apă clocotită activ timp de cel puțin 15 minute.

2. Scurgeți oul și clătiți-l sub apă rece. Puneți oul în frigider timp de o oră sau mai mult. Acest lucru este astfel încât să nu vă puteți da seama care ou este fiert prin simpla verificare a temperaturii.

3. Scoateți oul fiert și oul crud din frigider. Rotiți ouăle, unul câte unul, pe un blat sau pe o suprafață curată. Observați diferențele în modul în care se mișcă fiecare ou. Un ou se învârte fără probleme, în timp ce celălalt se clatină și este dificil de învârtit.

Ce se întâmplă?

Contenutul din interiorul cojii oului crud este lichid, așa că este capabil să se miște. Când încercați să rotiți oul crud, conținutul său se deplasează. Acest lucru face ca centrul de greutate al oului să se schimbe în mod constant. Pentru că nu are un centru de greutate stabil, oul nu se învârte lin, așa cum ar face un top, ci se clatină. Oul fiert, pe de altă parte, este solid în interior. Centrul său de greutate rămâne același. Prin urmare, oul fiert tare se va roti lin și este ușor de distins de oul crud fără a sparge niciunul dintre cele două ouă.

Testarea unui pod de spaghete

Una dintre deciziile cheie în construcții este selectarea materialelor de construcție. În funcție de compoziția lor, diferite materiale sunt capabile să reziste la sarcini diferite. Putem examina acest concept prin construirea unui pod în miniatură și apoi testarea capacității sale de a susține greutatea. Vom folosi șuvițe de spaghete nefierte pentru a examina modul în care compoziția structurală a unui anumit material de construcție afectează capacitatea sa de a rezista la presiune.

De ce veți avea nevoie:

• Spaghete
• Clip de hârtie sau cârlig S
• Cupa mică de hârtie
• Câteva monede

Direcții

1. Așezați un fir de spaghete nefierte între două borcane sau cutii, astfel încât spaghetele să formeze un pod.

2. Îndoiți agrafa de hârtie pentru a forma un cârlig în formă de S (sau pur și simplu folosiți un cârlig în formă de S) și faceți o gaură în paharul de hârtie. Suspendați paharul de hârtie de cârligul dvs. și apoi atârnați cu grijă cârligul și paharul de podul de spaghete.

3. Adăugați monede în pahar, una câte una. Notați câte monede puteți adăuga înainte ca spaghetele să se rupă.

4. Pregătiți din nou experimentul, dar de data aceasta folosiți două fire de spaghete pentru a construi podul. Câte monede poate susține noul pod înainte de a se rupe acum?

5. Repetați experimentul folosind cantități din ce în ce mai mari de fire de spaghete. Ce observați cu privire la capacitatea podului de a transporta monede pe măsură ce adăugați mai multe fire de spaghete?

Ce se întâmplă?

Un fir de spaghete nefierte este foarte fragil și se va rupe atunci când i se aplică presiune. Cu toate acestea, atunci când adăugăm fire suplimentare de spaghete, presiunea este distribuită între fire, astfel încât presiunea totală aplicată fiecăreia este mai mică. Practic, firele împart sarcina, astfel încât numărul de monede care pot fi adăugate înainte ca podul să se rupă crește.

Un exemplu de material de construcție care utilizează acest principiu este placajul. Placajul este alcătuit din mai multe foi subțiri de furnir de lemn care au fost lipite împreună. Astfel se obține un material capabil să reziste la o presiune mai mare decât ar fi posibil cu o singură foaie.

Cum să faci un pieptene „magnet”

Sunt șanse ca la un moment dat să fi experimentat electricitatea statică. Acel mic șoc pe care îl simțiți uneori când ajungeți la o clanță de ușă, felul în care vi se ridică părul când îl periați, felul în care pălăria se agață de păr – toate acestea sunt exemple de electricitate statică.

În următorul experiment, vom folosi electricitatea statică pentru a face un „magnet”. Vom genera o sarcină electrică pe un pieptene de păr și vom examina cum funcționează această sarcină. La sfârșitul experimentului, vom înțelege mai bine electricitatea statică, de ce se comportă în felul în care o face și ce putem face pentru a minimiza efectele acesteia în viața noastră de zi cu zi.

De ce veți avea nevoie:

• Un pieptene de păr
• Un șervețel
• Farfece

Direcții

1. Dacă șervețelul dvs. este în 2 straturi, separați cele două straturi și folosiți doar unul singur. Folosind o foarfecă, tăiați țesutul în sferturi. Așezați unul dintre sferturi plat pe o masă.

2. Treceți un pieptene prin păr de mai multe ori (de cel puțin 12 ori) în succesiune rapidă. Acest lucru funcționează cel mai bine pe părul curat și uscat și va da cele mai bune rezultate cu partea mai fină a pieptenelui, sau cu capătul unde dinții sunt mai apropiați.

3. Imediat după ce ați trecut pieptenele prin păr, atingeți pieptenele de o margine a șervețelului. Veți ști că a funcționat dacă țesutul se ridică să întâlnească pieptenele imediat ce acesta se apropie. 4. Folosind noul pieptene „magnetic”, ridicați țesutul de pe masă și ridicați-l în aer.

Ce se întâmplă?

Electricitatea statică este generată atunci când particule încărcate negativ numite „electroni” sunt transferate către un obiect și li se permite să se acumuleze. În cazul experimentului nostru, obiectul a fost pieptenele. Electronii au „sărit” din părul nostru pe pieptene, dând pieptenelui o sarcină negativă temporară. Deoarece contrariile se atrag, sarcinile negative de pe pieptene au fost atrase de sarcinile pozitive de pe țesut, iar țesutul s-a „lipit” de pieptene.

Condițiile mai uscate sunt mai favorabile acumulării de electricitate statică, motiv pentru care aveți tendința de a obține mai multe șocuri statice în timpul iernii. Acest lucru se datorează faptului că apa este un mare conductor. Atunci când există umiditate, sarcinile electrice statice care se acumulează în mod natural pe o suprafață pot fi absorbite de particulele de apă suspendate în aer. Aceste particule de apă nu sunt prezente în condiții de uscăciune, așa că sarcinile se acumulează, doar pentru a se disipa dintr-o dată atunci când intră în contact cu un alt obiect, cum ar fi mâna ta pe clanța ușii.

Fă un ou să plutească în apă

Nu totul plutește în apă. Un ou, de exemplu, se va scufunda până la fund atunci când este pus într-un recipient plin cu apă. O minge de ping-pong, pe de altă parte, va pluti. De ce se întâmplă acest lucru? Ce face ca ceva să plutească sau să se scufunde? Răspunsul este densitatea. Obiectele care sunt mai dense decât apa se vor scufunda. Cele care sunt mai puțin dense vor pluti.

Experimentul următor vă va permite să observați efectul densității în acțiune. Modificând densitatea apei, putem schimba capacitatea unui ou de a pluti.

De ce veți avea nevoie:

• Un recipient transparent, cum ar fi un borcan
• Un ou (Notă: Oul nu trebuie să fie fiert tare, dar ar putea fi mai puțin stresant să-i lăsați pe cei mici să manipuleze un ou fiert tare.)
• Apă
• Sare

Direcții

1. Adăugați 1 ceașcă de apă în recipientul gol, sau oricât este nevoie pentru a umple recipientul până la jumătate și a permite ca un ou să fie complet scufundat. Introduceți ușor oul în apă și observați ce se întâmplă.

2. Scoateți oul. Adăugați 6 linguri de sare în apa din recipient și amestecați pentru a se omogeniza. Așezați ușor oul din nou în apa sărată și observați.

3. Scoateți oul și clătiți-l cu apă proaspătă. Încet, pentru a nu deranja apa sărată, adăugați o cană de apă curată în recipient. Scopul este de a stratifica apa dulce peste apa sărată, nu de a amesteca cele două straturi. Așezați oul în recipient a treia oară.

Ce se întâmplă?

Un ou are o densitate mai mare decât apa, deci nu va pluti. Când am adăugat sare în apă, însă, i-am schimbat densitatea. Am făcut în așa fel încât apa să aibă o densitate mai mare decât oul. Din acest motiv, oul a fost capabil să plutească. Pentru a evidenția și mai mult acest concept, am adăugat un strat de apă dulce peste apa sărată. Oul s-a scufundat prin apa dulce, dar a încetat să se scufunde când a ajuns la stratul de apă sărată.

Un punct de subliniat este că un obiect nu trebuie să cântărească mai puțin decât apa pentru a pluti, trebuie doar să fie mai puțin dens. Acest lucru înseamnă că trebuie să aibă un număr mai mare de buzunare de spațiu gol în raport cu masa sa. Acesta este modul în care bărcile sunt capabile să plutească în ciuda faptului că sunt atât de mari și grele și este motivul pentru care o minge de ping-pong va pluti, dar un ou nu va pluti.

.