Fyzika hrou

Co umí voda a vzduch

Odzkoušeno na ŠOKu a ve výuce fyziky v VI.ročníku

Zpracovala: RNDr. Věra Bdinková

Soubor zahrnuje pokusy, které lze využít ve fyzice v 6.ročníku

aeromechanice. Lze je zařadit do výkladu, procvičování učiva i prověřování znalostí. Základní metoda práce – žáci hledají odpovědi na položené problémové úlohy pomocí pokusů s jednoduchými pomůckami.

Soubor pokusů je rozdělen na 3 části:

I.  Vzduch

II.  Voda

III.  A něco navíc (úkoly pro soutěž, fyzikální hračky)

Pokusy jsou členěny v každé části do několika bloků a jsou připraveny podle osnovy:

-  problémová otázka

-   materiál, pomůcky a stručný popis provedení pokusu s obrázkem

-  výsledky (popis očekávaných výsledků, abychom se mohli vyvarovat chyb)

-  vysvětlení výsledků pokusu dostupným jazykem, nové pojmy

Při provádění pokusů dodržujeme následující pravidla:

  1. Před prováděním pokusů  připravíme  potřebný materiál, pomůcky a nástroje pro každou pracovní skupinu (na tácek, do krabice,…) a stanovíme pravidla experimentování.
  2. Žáky seznámíme s problémovou úlohou, většinou s postupem provedení pokusu, a upozorníme případně na některá úskalí a problémy bezpečnosti. Neseznamuje je předem s výsledky pokusu. U některých pokusů můžeme předem společně s žáky stanovit hypotézu očekávaného výsledku.
  3. Vedeme žáky k tomu, aby pokus prováděli postupně, důsledně, pozorně a s trpělivostí. Nesmí spěchat dopředu a musí dbát o bezpečnost a pořádek na pracovišti.
  4. Učíme je pozorně sledovat výsledky pokusu a popisovat je.
  5. Po zamyšlení nad popsanými pozorovanými výsledky pokusu   společně s dětmi jevy vysvětlujeme.
  6. Pokud se nedostavil očekávaný výsledek pokusu u některé skupiny, přemýšlíme proč.
  7. Na závěr uklidí děti všechny pomůcky i pracoviště. Dbáme, aby byl co nejmenší odpad.
  8. Výsledky jednotlivých pokusů můžeme využít i při realizaci projektu, tj. zhotovení výrobku (hračky) založeného na poznávaných fyzikálních jevech a zákonitostech.
  9. Některé pokusy s pozměněným materiálem i některými podmínkami můžeme zařadit  do opakování nebo využít jejich aplikaci při praktickém zhotovení fyzikálních hraček.

I. Vzduch

Vzduch nás obklopuje ze všech stran, zaujímá všechny prázdné prostory. Je ve vodě, v různých předmětech, rostlinách, je i v těle člověka a zvířat. Je velmi lehký a neviditelný. Ale existují způsoby, jak ho „uvidět“ a zvážit

 

l. Kde se nachází vzduch?

Pokus 1 : Papír se ve vodě nenamočí

Pomůcky:

 sklenice, pingpongový míček, ubrousek, větší nádoba s vodou (průhledná)

Výsledek:

 Voda se nedostala dovnitř sklenice. Míček leží na dně téměř na suchém místě, ubrousek je suchý.

Proč?

Vzduch, který je uvnitř sklenice,  nedovolí, aby voda pronikala dovnitř a namočila ubrousek.

Pokus 2: Jak se přesvědčíme, že je ve sklenici vzduch?

Výsledek:

Ze sklenice unikají bublinky a stoupají vzhůru. U hladiny praskají.  Voda proniká do sklenice, míček stoupá nahoru, ubrousek se namočí.

Proč?

Ve sklenici je vzduch, uniká z ní a stoupá nahoru protože je lehčí než voda.  Na jeho místo proniká voda.

ZÁVĚR:

VZDUCH JE VŠUDE. ZABÍRÁ  JAKÝKOLI  PRÁZDNÝ PROSTOR, I TEN NEJMENŠÍ.

2. Kolik váží vzduch?

Pokus 3: Váhy na vzduch

Pomůcky:

Dřevěná tyčka, provázek, 2 PET láhve s uzávěrem, autoventilek, plastelína, pumpička na kolo, pravítko, provázek

Z dřevěné tyčky vyrobíme rovnoramenné váhy. Na jeden konec pověsíme PET láhev s uzávěrem, na druhou stejnou PET láhev s uzávěrem a autoventilkem.a vyvážíme plastelínou. Do PET láhve s autoventilkem  natlačíme pumpičkou co nejvíce vzduchu. Pověsíme-li láhev zpět, rovnováha se poruší, PET láhev se vzduchem bude dole, protože má větší hmotnost.

Pokus můžeme provést i tak., že vyvážíme PET láhev s uzávěrem a PET láhev s autoventilkem a natlačeným vzduchem. Váhu pomocí plastelíny vyvážíme. Pak uvolníme autoventilek. Vzduch uniká. Rovnováha na váze se poruší, PET láhev s autoventilkem je nahoře, protože má menší hmotnost.

Proč?

Rovnováha se porušila, protože přidaný nebo vypuštěný vzduch má hmotnost.

Pokus 4:  Vzduch v místnosti

Pomůcky:

 skládací (svinovací) metr, tužka, papír, osobní váha

Výsledek:

Zjistíme, že vzduch v místnosti má větší hmotnost než nejtěžší žák ze třídy.

ZÁVĚR:

I KDYŽ SE NÁM TO NEZDÁ, VZDUCH MÁ HMOTNOST.

3. Tlačí vzduch?

Kolem naší Země je vzduchový obal, který se nazývá atmosféra. Její tloušťka je okolo

 1 000 km. Atmosféra způsobuje tlak na všechny předměty na Zemi. Ale nikdo to nevnímá. Na dospělého člověka tlačí asi 15 t vzduchu. I když  nevnímáme tento tlak, můžeme ho změřit.

Pokus 5: Neviditelná síla

Pomůcky: pravítko, list novinového papíru, stůl

Výsledek:

List novin brání pravítku v tom, aby se zvedlo. Udeříme-li příliš prudce, může se pravítko i přelomit.

Proč?

Nad novinami je vzduch. Protože je plocha listu novin velká, je hmotnost vzduchu nad ním dostatečně velká, aby zabránila tomu, aby se list nadzvedl, i když je úder ruky silný.

Pokus 6: Vzduch zvedá vodu

Pomůcky:

Větší miska, sklenice voda

Výsledek:

Voda ve sklenici je výše než hladina vody v misce .

Proč?

Vzduch tlačí na hladinu vody v misce a vtláčí ji do sklenice.

Kdybychom však zvedli sklenici tak, že ji odtrhneme od hladiny vody v misce, voda vyteče.

ZÁVĚR:

VZDUCH TLAČÍ NA  POVRCHY (PLOCHY), KTERÝCH SE DOTÝKÁ

4.Tlačí vzduch jen dolů?

Pokus 7: Silnější než voda

Pomůcky:

Sklenice, voda, papír (pohlednice)

Výsledek:

Papír drží pevně na sklenici a voda z ní nevytéká.

Proč?

Vzduch tlačí na papír směrem nahoru, a to více než tlačí voda ve sklenici dolů. Proto papír drží pevně u sklenice a voda nevytéká.

ZÁVĚR:

VZDUCH TLAČÍ ZE VŠECH STRAN, DOKONCE I ZESPODU  NAHORU.

5.Můžeme vzduch stlačit?

Pokus 8: Stlačení vzduchu

Pomůcky:

Injekční stříkačka bez jehly

Výsledek:

Ze začátku se píst bude pohybovat obtížně, pak se zastaví. Na prstu, který přikrývá otvor, cítíme silný tlak.

Proč?

Vzduch můžeme stlačovat. Stlačený vzduch zvětšuje jeho tlak.

(Opakujeme-li tento pokus s vodou, zjistíme, že se píst z místa nehne. Voda je tedy nestlačitelná) 

Poznámka:

Vlastnost stlačeného vzduchu se využívá u pneumatik. Stlačený vzduch tlumí nárazy na nerovné cestě.

Pokus 9: Reaktivní vzduchový míček

Pomůcky:

Provázek (rybářský vlasec), izolepa,  kousek brčka, nafukovací míček

Výsledek:

Balónek se začne rychle pohybovat podél provázku

Proč?

Jestliže jsme otevřeli otvor balónku, začal jím proudit proud stlačeného vzduchu. Ten vytvořil reaktivní sílu , která uvedla balónek do pohybu v opačném směru.

ZÁVĚR:

VZDUCH MUŽEME STLAČOVAT. SÍLA STLAČENÉHO VZDUCHU MUŽE PODPÍRAT NEBO PŘEMÍSŤOVAT ZNAČNE HMOTNOSTI.

 6. Co se stane se vzduchem, když se zahřívá?

Pokus 10 : Zkusíme zahřát i ochladit vzduch

Pomůcky:

Nafukovací balónek, skleněná láhev, nádoba s vařící vodou

Výsledek:

Balónek se nafoukne.

Dáme-li sklenici s balónkem do lednice, balónek splaskne.

Proč?

Vzduch se při zahřívání ve sklenici rozpíná ,a proto se dostává až do balónku a nafukuje ho.

Poznámka:

Proč nesmíme nechat kolo v létě na prudkém slunci?

Pokus 11: Poskakující mince

Pomůcky:

Skleněná láhev, trochu vody, mince 1 nebo 2 Kč

Hrdlo natřeme vodou, položíme na něj minci a láhev zahříváme rukama (případně dáme do horké vody).

Výsledek:

Mince začne poskakovat

Proč?

Rukama zahříváme láhev a vzduch uvnitř.Vzduch se rozpíná. Nazvedne minci a trochu vzduchu unikne z láhve ven.

ZÁVĚR:

VZDUCH SE PŘI ZAHŘÍVÁNÍ ROZPÍNÁ A SNAŽÍ SE ZAUJMOUT VÍCE MÍSTA NEŽ STUDENÝ VZDUCH (zvětšuje svůj objem)

7.Je teplý vzduch stejně těžký jako studený?

Pokus 12: Spirála

Pomůcky:

 čtverec papíru asi 13 cm  x 13 cm, tužka, nůžky, provázek délky asi 20 cm, zdroj tepla (radiátor topení, el.vařič)

Výsledek:

Spirála se začne otáčet kolem své osy.

Proč?

Zdroj tepla  zahřívá vzduch a ten se pohybuje nahoru. Tlačí na závity spirály a roztáčí ji. Protože teplý vzduch stoupá nahoru, znamená to, že je lehčí než studený vzduch.

Pokus 13: Horkovzdušný ba­lón

Materiál:

Mikroténová fólie nebo velký mikroténový sáček do popelnice (60 l), izolepa, nůžky, sešívačka, pruh výkresu

Mikroténovou fólii přehneme a slepíme do tvaru sáčku. Spodní část nařasíme a zašijeme sešívačkou, aby vznikl menší otvor.

Z pásku výkresu slepíme trubku v šířce otvoru a pomocí ní budeme foukat fénem do balónu horký vzduch. Balón pustíme.

Výsledek:

 Balón se vznesl ke stropu.

Proč?

Horký vzduch je lehčí než studený .

8. Tlačí studený  a teplý vzduch stejnou silou?

Pokus 14: Kdo deformoval láhev?

Pomůcky:

PET láhev s uzávěrem, vařící voda

Výsledek

Za několik minut se láhev zmáčkne.

Proč?

Vzduch se při zahřívání stal lehčím a začal se rozpínat. Pak po ochlazení se tlak uvnitř zmenšil a tlak okolního vzduchu láhev zmáčknul.

ZÁVĚR:

TEPLÝ VZDUCH SE ROZPÍNÁ? JE LEHČÍ, A PROTO  TLAČÍ MÉNĚ NEŽ VZDUCH STUDENÝ.

8.Jaká je síla větru?

Pokus 15: Síla větru:

Pomůcky:                                                                                     

Pevný papír (výkres), tužka, nůžky, připínáček tyčka

Vyrobíme si známý větrníček. Obrátíme ho proti větru, případně na něj foukáme.

Výsledek:

Větrníček se začíná otáčet.

Proč?

Vzduch tlačí na ohnuté lopatky a způsobuje otáčivý pohyb větrníčku.

Poznámka:

Na stejném principu pracují větrné mlýny a větrné elektrárny.

 

ZÁVĚR:

VÍTR  MÁ VELKOU SÍLU. MUŽEME HO VYUŽIVAT JAKO ZDROJ ENERGIE. VÍTR ALE TAKÉ MUŽE NAPÁCHAT VELKÉ ŠKODY.

9.Složení vzduchu

Až ke konci 18.století vědci pochopili, že se vzduch skládá z různých plynů. Sledujeme-li chování plamene , zjistíme, že se plyny, ze kterých se skládá vzduch, chovají při hoření různě.

Pokus 15: Hoření vzduchu

Pomůcky:

Hluboký talíř, voda, plastelína, zápalky, sklenice , inkoust

Výsledek:

Za chvíli plamen zhasne a voda vteče dovnitř sklenice

Proč?

Zápalka při hoření spotřebovala část vzduchu – kyslík a zhasne. Zbytek vzduchu se ve sklenici ochladí, smrští se a na jeho místo se vlivem většího vnějšího tlaku vzduchu proudí voda.

Poznámka:

Pokus můžeme opakovat s více zápalkami a sledujeme rozdíl výsledků.

Pokus 16: Oxid uhličitý

Pomůcky:

Talířek, plastelína, zápalky, soda, ocet, papírová trubička, sklenice

Výsledek:

Plamen zhasne

Proč?

Bubliny, které se vytváří ve sklenici při reakci sody a octa, jsou oxid uhličitý. Tento plyn je těžší než vzduch, klesá trubkou dolů a uhasí plamen.

Poznámka:

Tento princip se používá při hašení některých požárů, např. těch, které vznikají od elektropřístrojů.

Oxid uhličitý je v některých nápojích. Můžete se o tom přesvědčit tak, že dáte hořící špejli do PET láhve nad nápoj.

II. Voda

Voda jako všechny kapaliny může mít různý tvar. Teče dolů vlivem gravitační síly, při pádu dolů se její síla může měnit v elektrickou energii. Voda může stoupat ve stoncích rostlin, aby tak udržovala jejich život.

l. Jak se pohybuje voda?

Pokus 1: Voda stoupá nahoru

Pomůcky:

Květ (sněženka ze zahrádky, karafiát), sklenice, voda obarvená červeným nebo modrým inkoustem

Výsledek:

Za několik hodin  získají lístky květu barvu inkoustu

Proč?

Obarvená voda stoupá tenkými vlákny uvnitř nahoru až do listů a květů. Tento jev se nazývá vzlínavost. Umožňuje kořenům rostlin nasávat vodu z půdy a dopravovat ji do celé rostliny.

Pokus 2: Květ kvetoucí i v zimě

Pomůcky:

Papír, tužka, nůžky, miska s vodou

Z papíru vystřihneme květ. Lístky složíme dovnitř, vznikne poupě, které položíme na hladinu vody.

 Výsledek:

 Květ postupně rozkvete.

Proč?

Voda stoupá díky vzlínavosti do malých prostorů mezi vlákny a zaplní je.  Ohyby se narovnají a květ  rozkvete.

ZÁVĚR:

VODA PADÁ DOLŮ, ALE DÍKY VZLÍNAVOSTI SE MŮŹE TENKÝMI TRUBIČKAMI POHYBOVAT I NAHORU.

2.Můžeme zvětšit sílu vody?

Pokus 3: Tlak vody

Pomůcky :

2 PET láhve, hřebík, izolepa

Výsledek:

Praménky vody vytékající z vodorovných dírek jsou stejné. V láhvi se svislými dírkami nejdále dostříkne vody ze spodní dírky, nejméně z horní dírky.

Proč?

Voda má hmotnost a tlačí na stěny  i dno nádoby. Proto vystřikuje z otvorů určitou silou. Tato síla bude tím větší, čím větší množství vody je nad otvorem (větší hloubka vody)

3.Proč teplo uvádí vodu do pohybu?

Pokus 4: Studená a teplá voda

Pomůcky:

Láhev 3 l, malá lahvička, voda, inkoust, provázek

Výsledek:

Obarvená  voda stoupá z lahvičky nahoru. Za nějaký čas se obarvená voda smíchá s chladnou a klesá dolů.

Proč?

Voda při zahřívání zvětšuje svůj objem, stává se lehčí, a proto stoupá nahoru.Když vychladne smíchá se s ostatní vodou.

ZÁVĚR:

TEPLÁ VODA JE LEHČÍ NEŽ STUDENÁ , A PROTO STOUPÁ NAHORU

4.Jakou zvláštní vlastnost má hladina vody?

Pokus 5: Plovající mince

Pomůcky:

Hluboký talíř, kancelářská sponka, drobné mince, voda

Minci položíme na hladinu (prsty nebo si pomůžeme držátkem, které si zhotovíme  z kancelářské sponky tak, že ohneme vnitřní část do pravého úhlu). Při pokládání mince nesmíme porušit hladinu.

Výsledek:

Mince leží na hladině. Podíváme-li se ze strany, vidíme jakoby prohnutou pružnou blanku.

Proč?

Částice vody na hladině vytváří pevnou blanku, která udrží drobná tělíska. Tento jev se jmenuje povrchové napětí.

Pokus 6: Kolik mincí se vejde do sklenice plné vody?

Pomůcky:

Sklenice, voda, mince

Opatrně dávejte do sklenice drobné mince. Kdo jich dá více, aniž by voda přetekla?

Výsledek:

Překvapí nás, kolik se nevejde ještě do sklenice mincí.

Proč:

Podíváme-li se zboku , vidíme „kopeček“ vody.  Hladina vody se chová jako pevná pružná blána.

ZÁVĚR:

POVRCHOVÉ NAPĚTÍ VYTVÁŘI BLANKU, KTERÁ UDRŽÍ LEHKÁ TĚLESA, A MALÉ MNOŽSTVÍ VODY MĚNÍ V KAPKY.

III. A něco navíc (úkoly pro soutěž, fyzikální hračky)

1.  Umíš ponořit kostku cukru do vody, aniž by se namočila? 

 Do mísy dejte vodu. Na hladinu položte kus polystyrénu a na něj kostku cukru. Vymyslete způsob, jak ponořit kostku cukru do vody, aniž by se namočila.

Jako pomůcku můžete použit PET láhev, nůžky, řezák.

Řešení:

Z PET láhve uřízneme dno, uzavřeme uzávěr. Uříznutou PET láhev použijeme jako potápěčský zvon.

 

2.  Co se stane ?

Vezměte PET láhev a řezákem uřízněte dno.

a) Uzavřete uzávěrem a svisle ponořte do vody. Co uvidíte? Nakreslete. Proč?

b) Odšroubujte uzávěr. Co se stane? Nakreslete. Proč?

3.  Loď

Na papír nakreslete obdélník a rozdělte ho na polovinu. Na jednu polovinu nakreslete loď a obstřihněte ji podle vzoru. Položte loď na hladinu, aby plovala ve svislé poloze.

Řešení:

Obdélník přeložíme v polovině a položíme na hladinu vody tak, aby loď byla nahoře. Za chvíli díky vzlínavosti se loď postaví do svislé polohy.

4.  Octová raketa

Sodu zabalte do tenkého ubrousku a zavážte provázkem jako bonbón. Do PET 1,5 l láhve nalijte ocet, dovnitř pověste bonbón se sodou a uzavřete korkovou zátkou. PET láhev otočte vzhůru nohama a dejte ji do startovací rampy – zavařovací láhve 0,7 l.

Bonbón se sodou spadne do octa. Ubrousek se rozpustí. Soda začne reagovat s octem, vzniká oxid uhličitý. Zvyšuje se tlak. Zátka vyletí a raketa se pohybuje vzhůru..

Poznámka:

- korkovou zátku před použitím prověř. Nesmí propouštět kapalinu a nesmí být moc natěsno

- pokud raketa nevystřelí, trošku ji můžeš protřepat. Ale pozor na oči! Ocet je kyselina.

5.  Vírníček – Vločka

Šablonu si nakopírujte nebo překreslete na kancelářský papír a vystřihněte. Podle označení slepte do kornoutku. Pak pusťte z výšky. Vločka padá a otáčí se.

Působením gravitační síly padá vlčka dolů. Přitom vzduch naráží na lopatky vločky a roztáčí ji.

6.  Krabička teče-neteče

Vezměte krabičku od filmu a uzavřete víčkem. Do víčka udělejte opatrně krouživými pohyby ostrými malými nůžkami jeden otvor, do dna krabičky 3 a více otvorů. Krabičku otevřete, ponořte do vody, naberte vodu a uzavřete víčkem. Pak dejte na horní dírku prst a vytáhněte z vody ve svislé poloze. Voda z krabičky neteče. Uvolníte-li prst, voda začne ze spodních dírek vytékat. Dáte-li na horní dírku prst, voda přestane téct.

Máte-li uzavřenu horní dírku, působí na vodu ve spodních dírkách atmosférický tlak, který je větší než hydrostatická tlak sloupce vody nad dírkami. Proto voda neteče.

7.  Reaktivní balónek – družice

Z brčka ustřihněte kousek s ohybem a dejte ho do otvoru balónku a převažte provázkem. Balónek nafoukněte a konec brčka uzavřete plastelínou. Nahoru na balónek přilepte provázek. Držte balónek za provázek a požádejte kamaráda, aby ustřihl kousek brčka s plastelínou. Z brčka začne utíkat vzduch a míček se pohybuje na druhou stranu.

(vysvětlení viz pokus)

8. Netradiční větrník

Na špejli navlečte asi půlku brčka a z obou stran napíchněte na kousek korkové zátky. Ze čtverce výkresu zhotovte tradiční větrník a napínáčkem ho připevněte do jedné korkové části.

Roztočte tento větrníček, aniž byste na něj foukali.

Řešení:

Větrníček vezměte za brčko a rychle se pohybujte dopředu. Větrníček se začne otáčet. Při našem pohybu vzduch naráží na lopatky větrníčku a ten se začne otáček,protože špejle, na kterém je připevněn vrtulníček, leží volně v brčku.

9.  Píšťalka

Konec brčka zastříhněte do špičky a touto částí dejte do úst. Trochu zuby pomačkejte. Pak do tohoto otvoru foukejte. Uslyšíte zajímavý zvuk (kmitá sloupec vzduchu v píšťale).

Kamarád může vzít nůžky a pokud vy budete pískat, bude postupně zkracovat brčko. Výška zvuku se bude zvyšovat (menší sloupec kmitajícího vzduchu).

10.  Kouzelná sklenice

Pomůcky:

Sklenice (kelímek), síťka na mouchy (kousek záclony), lepidlo chemopren, papír, voda

Sklenici naplňte vodou, přikryjte pohlednicí, kterou přidržte rukou, a otočte vzhůru nohama. Ruku uvolněte. Pohlednice drží na sklenice. Pak pohlednice vodorovně stáhněte ze sklenice. Voda drží ve sklenici.

 Pomáhá nám ji držet povrchové napětí.

11.  Model plic

Model plic vyrobte podle obrázkového návodu. Brčka jsou průdušky,  nafukovací balónky plícní vaky a spodní membrána je pohrudnice.

Zatáhnete-li za spodní bránu dolů (nádech), zvětší se vnitřní objem , což má za následek zmenšení tlaku uvnitř „hrudníku“. Proto se vzduch nasává do balónků (do plic).

Zatlačíte-li blánu dovnitř (výdech), zmenší se vnitřní objem, což má za následek zvýšený tlak uvnitř „hrudníku“. Proto se vzduch „vyfukuje“ ven.

12. Měříme kapacitu plic

Vezměte PET láhev od sirupu (3 l ), nalepte na ní lepící pásku a pomocí odměrky ocejchujte v mililitrech.

Pak sestavte soupravu podle obrázku. Na začátku je PET láhev naplněna vodou. Zhluboka se nadechněte , a pak vzduch vydechujte do hadičky. Vzduch je lehčí, a proto vytlačuje vodu z PET láhve. Kamarád podle stupnice určí množství vzduchu v PET láhvi- Zjištěný údaj se rovná kapacitě vašich plic.

Šablona na vírníček

Literatura:

Meiani,A.: Bolšána kniga eksperimentov dlja školnikov, Rosmen – izdat, 2001