М’яти балончик тиском повітря

Зміст

Крок
Частина 1 з 3: Дроблення банки
Частина 2 з 3: Як це працює
Частина 3 з 3: Допомога студентам у навчанні з експерименту
Поради
Попередження
Потреби

Ви можете стиснути содову банку нічим, крім джерела тепла та миски з водою. Це чудова демонстрація ряду фізичних принципів, включаючи тиск повітря та концепцію вакууму. Експеримент може проводити вчитель як демонстрація або під наглядом учнів.

Крок

Частина 1 з 3: Дроблення банки

Покладіть трохи води в порожню банку з содою. Промийте банку невеликою кількістю води, а потім додайте в банку приблизно 15–30 мл (1-2 ст. Л.) Води. Якщо у вас немає совка, просто наберіть у банку води, щоб покрити дно.
Приготуйте миску з крижаною водою. Наповніть миску холодною водою та льодом або водою, охолодженою в холодильнику. Для цього використовуйте чашу, яка досить глибока для проведення експерименту, але це не обов’язково. Прозора чаша полегшує перегляд стисненого балончика.
Одягніть захисні окуляри та використовуйте плоскогубці. У цьому експерименті ви нагріваєте банку, поки вода в банку не закипить, а потім занурюєте банку під воду. Кожен, хто знаходиться поруч, повинен носити захисні окуляри на випадок бризок гарячої води. Також вам потрібні щипці, щоб забрати банку, не обпікаючись, і занурити її у воду. Потренуйтеся кілька разів піднімати банку, щоб переконатися, що ви міцно стискаєте.
- Дійте лише під наглядом дорослої людини.
Нагрійте банку на плиті. Поставте банку вертикально на невеликий пальник і зменште вогонь. Доведіть воду до кипіння і дайте їй закипіти приблизно 30 секунд.
- Якщо ви відчуваєте щось дивне або металеве, перейдіть до наступної частини. Можливо, вода перекип’ятила, або ви встановили занадто високий рівень нагрівання, через що чорнило або алюміній у банку тануть.
- Якщо ваша піч не має основи для банки, використовуйте конфорку або використовуйте щипці з термостійкою ручкою, щоб утримувати банку над вогнем.
Щипцями переверніть банку в холодній воді. Тримайте плоскогубці долонями догори. За допомогою щипців підберіть банку, потім швидко переверніть її холодною водою, а потім занурте банку в миску.
- Не лякайтесь, адже стискання банки може створити багато шуму!

Частина 2 з 3: Як це працює

Тиск повітря. Повітря навколо вас тисне на ваше тіло з усіх боків під тиском 101 кПа на рівні моря. Одного цього достатньо, щоб вичавити банку, а то й ми з вами! Це відбувається не тому, що повітря в балонці (або матеріал у вашому тілі) виштовхується з однаковим тиском і тому, що тиск повітря скасовується сам, оскільки діє на предмет з усіх кутів з однаковим тиском .
Що відбувається, коли ви нагріваєте банку водою. Коли вода в банку закипить, можна помітити, що починає утворюватися пара. Це виштовхне частину повітря в банку, щоб звільнити місце для зростаючої хмари крапель води.
- Хоча зараз у балонці всередині менше повітря, він ще не стиснеться, оскільки водяна пара зайняла місце повітря.
- Загалом, чим більше рідина чи газ нагріваються, тим більше вона буде розширюватися. Якщо це закритий контейнер, тиск буде продовжувати зростати, оскільки повітря не може виходити.
Чому балон стискається. Якщо банку перевернути догори дном, ситуація змінюється двояко. По-перше, більше повітря не може надходити в банку, оскільки вхід перекритий водою. По-друге, водяна пара в балонці швидко охолоне і, отже, займе менше місця, і врешті-решт повернеться до початкового стану, трохи води, яку ми спочатку поміщаємо в банку. Раптом більша частина простору в балончику вже не зайнята повітрям, а перетворилася на вакуум! Повітря, яке тисне на банку ззовні, тепер уже не компенсується, що призводить до виходу банки з ладу.
- Кімната, де немає повітря, називається одна вакуум.
Придивіться до банки, щоб побачити ще один ефект експерименту. Запобігання вакууму в балончику має ще один ефект, крім стиснення банки. Зверніть пильну увагу на банку, коли вона поміщається під воду. Ви побачите, як невелика кількість води всмоктується в банку, а потім капає назад. Це тому, що вода тисне на отвір, але досить сильно, щоб трохи наповнити банку до того, як алюміній стиснеться.

Частина 3 з 3: Допомога студентам у навчанні з експерименту

Запитайте учнів, чому стискається балончик. Перевірте, чи мають учні уявлення про те, що сталося з бідоном. На даний момент не підтверджуйте і не спростовуйте жодної з ідей. Не відкладайте жодної ідеї в сторону і нехай студенти пояснюють, як вони про це думали.
Допоможіть учням придумати варіанти експерименту. Нові експерименти, щоб випробувати власні ідеї та попросити їх передбачити, що станеться, перш ніж вони почнуть. Якщо їм важко щось придумати, пропоную кілька можливих варіантів:
- Якщо студент вважає, що балон стискається водою, а не вакуумом, попросіть їх повністю заповнити банку водою і подивитися, чи вона не стиснута.
- Спробуйте той самий експеримент з більш міцною тарою. Якщо матеріал важчий, стискання триватиме довше, через що в ємність потрапить більше крижаної води.
- Спробуйте дати банку охолонути, перш ніж поміщати її в крижану воду. Це призведе до збільшення кількості повітря в балончику, що зменшить компресію.
Поясніть теорію експерименту. Використовуйте інформацію в розділі «Як це працює», щоб пояснити студентам, чому балон стискається. Запитайте, чи збігається результат експерименту з їх власними міркуваннями.

Поради

Не опускайте банку у воду, а використовуйте щипці, щоб занурити її.

Попередження

Банка і вода в ній будуть дуже гарячими. Як тільки ви помістите банку в холодну воду, дозвольте глядачам дистанціюватися, щоб не поранити когось бризками гарячої води.
Діти старшого віку (від 12 років) можуть самостійно провести цей експеримент, але лише за умови наявності дорослого для нагляду! Одночасно в цьому експерименті не повинно брати участь більше 1 людини, якщо лише кілька дорослих не допомагають.