Prosinec 2021 - Ledové pokusy
V prosinci jsme se zaměřili na led a sníh. Podívali jsme se na ledové království fyziky z mnoha pohledů.
1. Roztaje led rychleji ve studené, nebo teplé vodě?
- kostky ledu obarvené potravinářským barvivem
- sklenice teplé a studené vody
Led samozřejmě roztaje rychleji v teplé vodě. Pokus je ideální pro malé děti. Obarvená tající voda je krásně kontrastní a je to skvělá vizualizace. Doporučuji klidně pro mateřinky a rozhodně doporučuji s dětmi led i předem vyrobit.
Díky většímu teplotnímu rozdílu mezi teplou vodou a ledem oproti ledu ve studené vodě dojde k rychlejšímu přenosu tepla. Proto led roztaje rychleji v teplé vodě.
2. Jakou má led hustotu?
- sklenice s vodou
- olej
- obarvená a neobarvená kostka ledu
Do sklenice z poloviny naplněné vodou nalijeme olej. Ten má menší hustotu než voda a bude na ní plavat. Obarvená kostka ledu klesne přesně mezi led a vodu. Neobarvená bude plavat na oleji.
Obarvená kostka má větší hustotu než olej, neobarvená menší než olej. Pokus je pěkně barevný a ukazuje, že přidáme-li do vody něco navíc - sůl, cukr, barvivo, tak její hustota musí stoupnout. A samozřejmě stoupne i jejímu pevnému skupenství - ledu.
3. Můžeme led rozkrojit tak, aby zůstal v celku?
Pokus známý též jako regelace ledu.
- velký kus ledu (z PET, z nádoby od mléka a pod.)
- struna E kovová nebo drátek podobného průměru
- alespoň 2 kilogramová závaží, ideálně těžší, vhodné jsou dvě plné 2l PET
Na drátek z obou stran připevníme závaží a dáme přes led. Postupně se drátek budu přeřezávat ledem, pod drátkem bude led tát, ale nad drátkem bude opět tuhnout. Drátek tak projde ledem, aniž by ho překrojil.
Důležité je mít kovový drátek, tedy něco vodivého a ne třeba vlasec. Led skutečně taje částečně tlakem, ale hlavně taje díky tepelné vodivosti - drátek předává ledu teplo z okolí.
Více včetně zmiňovaného vzorce ve videu například zde: https://old.vscht.cz/fch/pokusy/89.html
4. Zvedne se hladina oceánů, když roztají oceánské ledovce?
- kostky ledu
- větší sklenice
- lihový fix nebo izolepa
Led vložíme do sklenice. Dáme ho co nejvíce, ale ne tolik, aby se kostky překrývaly - mohly by se zaseknout o sklenici a pokus by nemusel vyjít.
Podle Archimedova zákona led, který plave, vytlačí právě tolik vody, kolik sám váží. Vytlačí tedy stejnou hmotnost vody, jakou má on sám. Když pak roztaje, zaplní přesně místo po té své části, která byla pod hladinou.
Hladina oceánů se nezvedne, protože roztají ledovce v oceánech, ale hlavně kvůli těm pevninským. Se staršími dětmi můžeme diskutovat ještě to, jak výšku hladiny ovlivní slanost oceánů a sladkost ledovců.
5. Jak vyrobit bublající led?
- zmražená voda s jedlou sodou
- kyselina citronová rozpuštěná ve vodě nebo ocet
Ve vodě, kterou necháte zmrazit, rozpusťte jedlou sodu. Led může být i obarvený. Tající led pak pokapejte a klidně i polijte octem nebo kyselinou citronovou rozpuštěnou ve vodě.
6. Výroba sněžítka
- pěkná skleněná nádobka například na koření
- flitry, třpytky
- voda
Jednoduché sněžítko udělá radost hlavně těm nejmenším. Uvnitř skleněné nádoby je pouze voda a flitry klidně různých velikostí. Uvnitř může být přilepený třeba sněhuláček nebo zezadu obrázek. Fantazii se meze nekladou.
7. Elektrostatický sníh
- bonboniera s okénkem
- polystyrenové kuličky
- bavlněné tričko
Bonboniéru snězte a na spodní část přilepte hezký obrázek. Dovnitř nasypte polystyrenové kuličky. Potírejte plastové okénko bavlněným tričkem, až vám budou kuličky v okénku poskakovat a "lepit" se na plast.
8. Z jakého množství vody je sníh?
Zkusili jste někdy nabrat sníh a nechat ho roztát? Roztáté vody vůči sněhu je překvapivě málo. Nejde to zobecnit, protože záleží na kvalitě sněhu, ale zkuste to někdy s malými dětmi pozorovat a s šesťáky změřit.
9. Rozpouštění sněhové koule
- svíčka
- sněhová koule
Sněhovou kouli dejte nad hořící svíčku. A čekejte. Pokus je pro publikum velice překvapivý, lidé očekávají odkapávající kapky vody, ale to nepozorují. Sníh taje, ale vzniklá voda se vlévá mezi sněhové vločky, kde má spoustu místa. Voda začne odkapávat, až když zaplní většinu místa ve sněhu.
10. Ďábelský sněhulák
- karbid vápníku
- sníh
Sněhulák pro nejotrlejší... Vyrobte sněhuláka a místo uhlí použijte na oči karbid vápníku. To je kámen, který se vodou rozpouští na hořlavý plyn acetylen. Takže, když vám sníh začne karbid rozpouštět, zapalte sněhulákovi oči.
Pozor na bezpečnost - pokus dělejte s dětmi jen pod dozorem, raději venku nebo na nehořlavé podložce. Karbid rád vypadne sněhulákovy z důlků.
11. Roztaje led dřív na dřevěné, nebo kovové destičce?
- dřevěná destička (například prkénko)
- kovová destička (například dno hrnce)
- dvě stejné ledové kostičky
Nejprve nechte děti na kov a dřevo sáhnout a zeptejte se, která má menší teplotu. Většina dětí odpoví, že menší teplotu má kov, protože se pro ruku zdá chladnější. Teplota obou je ale stejná, pouze kov vede dobře teplo a odvádí tak teplo pryč z naší ruky.
Ze stejného důvodu roztaje led rychleji na kovové destičce. Kov k ledu snadněji přivede teplo z okolí, kdežto dřevo led spíše od okolí izoluje.
12. Kde se bere mlha?
- led
- sklenice s kovovým víčkem
- voda
- zápalky
Do sklenice nalijte na dno vodu a sklenici co nejvíce zaplňte sazemi z hořící sirky. Sklenici zavřete a na víčko dejte led.
Když se vzduch potká s chladným víčkem, začne na něm kondenzovat pára ve vzduchu do malých kapiček vody. Ve sklenici uvidíte pruhy klesající mlhy. Je to podobné, jako vznik mlhy v zimě. Vzduch se ochlazuje od prochlazené země a vzdušná vlhkost na něm kondenzuje. V našem pokusu je chladná země víčko s ledem.
13. Neviditelná propiska
- gumovací propiska
- papír
- plyn do zapalovačů
Pohrajte si s dětmi s jejich oblíbenou propiskou. Když se pokus dobře uvede, bývá velmi efektní. Gumovací propiskou vytvořte na papír obrázek. Ten vygumujte a nebo jednoduše zahřejte. Gumovací pera totiž reálně inkoust negumují, ale zahřejí ho a on zprůhlední. Jak ho pak zviditelnit? Stačí obrázek opět vychladit. Můžete použít mrazák, ale před dětmi je efektní právě zkapalněný plyn. Pokud berete s dětmi změny skupenství, je to moc pěkný pokus.
Zkapalněný plyn do zapalovačů, bývá to butan, se při skupenské přeměně na plyn výrazně ochladí, protože na to, aby z něj vznikl plyn, spotřebuje hodně energie ve formě tepla.
14. Ledový náhrdelník
- pár kostek ledu
- sůl
- provázek
Na kostičky ledu položte provázek a posypte ho solí. Kostičky ledu k provázku přimrznou. Proč ukazuji v dalších pokusech.
15. Přimrznutý hrenček
- rozdrcený led
- hrneček
- sůl
- dřevěné prkénko
Rozdrťte led kladivem na ledovou tříšť a dejte ho do hrnečku. Přisypte hodně soli a dobře promíchejte. Hrneček postavte na mokré dřevěné prkénko a pár minut počkejte. Hrneček k prkénku záhadně přimrzne. Proč se dozvíme dále.
Hrneček doporučuji nějaký tenkostěnný, aby se stihl rychle ochladit.
16. Proč se v zimě solí silnice?
- teploměr
- rozdrcený led
- sůl
Pojďme změřit teplotu osoleného ledu. Led taje při 0°C a právě kolem nuly. Pak led osolte několika lžičkami soli. Osolený led bude mít najednou teplotu kolem -7°C, klidně i méně. Ale proč?
Led se solí je jiná látka, než samotný led a taje při nižší teplotě. Když led osolíme, chce začít tát, ale na to se musí nejprve ochladit na svou teplotu tání. Nemůže roztát při jiné teplotě. Proto skokově sníží svojí teplotu a rychleji taje.
A proto se v zimě solí silnice. Zledovatělý povrch začne tát, i když je kolem třeba -5°C. Více fyziky k tématu najdete třeba v Badatelně:
17. Roztaje led rychleji ve slané, nebo obyčejné vodě?
- kostky ledu
- sklenice s vodou a s osolenou vodou
Sledujte s dětmi, kde led roztaje rychleji. Pokus je skvěle popsaný zde:
18. Výroba zmrzliny
- rozdrcený led
- sůl
- nízkotučná smetana
- vanilkový cukr
- vařečka
- větší nádoba a menší kovová nádoba
Rozdrcený led dejte do velké nádoby a pořádně osolte. Smetanu nalijte do menší nádoby, oslaďte ji vanilkovým cukrem a přitiskněte nádobu na tající led. A míchejte :) Míchat je třeba pět až deset minut až se ze smetany stane sladká zmrzlinka.
Pokus má více obměn, které jsme diskutovali na setkání.
19. Podchlazená kapalina
Tento pokus se v domácích podmínkách dělá těžko. Je třeba vychladit neperlivou, neotevřenou minerálku na cca -7°C. Důležitá je při tom stabilní teplota, ale i rychlost chlazení a proto nejde pokus snadno udělat v mrazáku. Dobré na to je mít vychlazenou jinou kapalinu, třeba líh na požadovanou teplotu a nejlépe ho ještě nechat kolem PET lahve protékat. Voda se tak prochladí rychle a dostane se do onoho metastabilního stavu.
20. Zahřívací polštářky
- octan sodný trihydrát
- voda
- kahan
- varná kádinka/zkumavka
Do podobně metastabilního stavu jako vodu můžeme podchladit octan sodný. Do vcelku neškodné chemikálie přidejte trochu vody, spíše méně, než více a octan nad ohněm rozpusťte. Vše je třeba dělat v dostatečné čistotě, aby neměl octan na čem předčasně krystalizovat. Pak nechte octan vychladnout na pokojovou teplotu. Stále bude kapalný, i když už jsme ho dávno ochladili pod teplotu tuhnutí. Přidáním jednoho krystalku začne octan krystalizovat.