ОПЫТЫ ДЛЯ ТЕАТРА ЗАНИМАТЕЛЬНОЙ НАУКИ
1. Охлаждение арбуза кипятком
Вот интересный физический эффект охлаждения без холодильника. Арбуз, целый, не надрезанный, можно охладить так: нужно его опустить, секунд на двадцать (в зависимости от размера и сорта) в кипяток и вынув подождать минут десять: арбуз окажется внутри холодным.
При нагревании арбуза его кожура расширяется, а за нею должно последовать и расширение сердцевина. Но на такое расширение необходима энергия, а так как снаружи она уже не поступает, то берётся из внутренней энергии – тело охлаждается.
2. Напиток по-фараонски
Египетские фараоны любили попить в жару холодную воду, но сделать это в ту пору было нелегко: доставлять лёд в бурдюках с Килиманджаро? И всё же выход был найден, благо рабов у них хватало. Для этого были использованы сосуды из необожженной глины. Через капилляры вода, налитая в них, просачивалась наружу (сосуды «потели»), а рабы с опахалами безостановочно омахивали их, ускоряя испарение. Энергия, необходимая для испарения, забиралась у сосудов и напитки в них охлаждались.
Вы можете получить такие результаты много проще и угощать друзей по-фараонски охлаждаемыми напитками: ёмкость (лучше металлическую) с напитком оберните влажной тряпкой и поставьте на тарелку с водой, а рабов с опахалами замените вентилятором, пущенным на самую малую скорость.
3. Пугливый стакан
Возьмите стекло сантиметров в сорок, положите на стол и подложите под один край спичечные коробки – это будет наклонная плоскость. Поставьте на эту плоскость сверху тонкий стакан вверх дном – он не должен скользить, даже после того, как вы смочите его края водой. А теперь поднесите сбоку к стакану со смоченными краями горящую свечу: пару минут и он начнёт скользить вниз по стеклу. Для успешной демонстрации необходимо подобрать массу стакана и угол наклона стекла.
4. Измерение удельной теплоты парообразования воды
Давайте оценим величину удельной теплоты парообразования воды, воспользовавшись простейшими приборами вашей кухонной лаборатории. Налейте в небольшую кастрюльку воду и охладите её в морозилке почти до замерзания, а затем поставьте на газовую плиту. Проследите, сколько времени уйдёт на её доведение до кипения и, затем, на почти полное выкипание. Этот последний процесс займёт, примерно, в пять, пять с половиной раз больше времени, чем на нагревание от нуля до ста градусов. Значит, и тепла на парообразование потребовалось во столько же раз больше.
5. Поющая ложка
Сухой лёд представляет собой твёрдую углекислоту и имеет температуру минус 78°С. Его нельзя брать голыми руками, так как это приведёт к ожогу.
Но если прижать металлическую ложку к куску сухого льда, то в этом месте лёд нагревается и, минуя жидкое состояние, превратится в углекислый газ. Газ начнёт с силой вырываться из-под ложки, приведёт её в колебательное движение и ложка издаст громкий завывающий звук. Правда продолжаться он будет не так долго, ведь ложка быстро охладиться и для повторного «пения» её надо нагреть или воспользоваться другой ложкой.
6. Туманный напиток
Если бросить кусочек чистого сухого льда (без примесей) в стакан, на две трети наполненный водой, то жидкость, которая лучше, чем воздух, проводит тепло, нагреет сухой лёд. Последний, испаряясь, начнёт превращаться в углекислый газ, который будет охлаждать и конденсировать водяные пары, незримо присутствующие в воздухе. Клубы тумана, вырываясь из стакана, окутают его.
Если при этом вы будете помешивать напиток соломинкой, то в итоге получите охлаждённую газированную воду.
7. Как заставить воду, нагретую до 100°С, кипеть
Будет ли кипеть вода в кастрюле (консервной банке), плавающей в кастрюле большего размера, в которой кипит вода?
Ответ проверьте опытом…
Всё дело в том, что когда температура воды во внутренней кастрюле будет 100°С (т.е. равна температуре воды во внешней кастрюле), теплообмен прекратится. А так как для кипения необходим приток тепла, то вода во внутренней кастрюле кипеть не будет.
Можно ли заставить воду в малой кастрюле закипеть?
Попробуйте всыпать в большую кастрюлю соли: температура кипения солёной воды больше чем 100°С, поэтому теплообмен вновь возникнет и вода в малой кастрюле закипит.
8. Долгоживущая капля
| Раскалите на газовой или электрической плите алюминиевую тарелку и вылейте в неё маленькими порциями половину чайной ложки воды (не следует наклоняться над тарелкой). Отдельные капли сольются вместе и образуют приплюснутый шарик – сфероид. Между ним и раскалённой поверхностью образуется плохо проводящее тепло паровая «подушка», на которой он будет лежать, почти не испаряясь. Если прекратить нагревание тарелки, то паровая опора исчезнет и сфероид, коснувшись металла, мгновенно исчезнет. | |
9. Горящий сахар
| Поместите кусочек сахара на крышку от жестяной банки и попытайтесь его поджечь. Вам это не удастся. Но если вы намажете кончик сахара небольшим количеством пепла от сгоревшей бумаги и поднесёте горящую спичку, сахар начнёт гореть синим пламенем, пока полностью не сгорит. Пепел и сахар по отдельности не горят, но, если их объединить, пепел вызовет горение сахара. Пепел в данном случае является катализатором реакции горения. | |
10. Приведение в бутылке
| В пустой стеклянной бутылке, хранившейся в холодном месте (например, в холодильнике), живёт приведение! Смочите края горлышка бутылки водой и накройте его монетой. Обхватите бутылку руками и прикажите приведению проявиться. Вскоре монета начнёт двигаться, будто её трогает рука приведения. На самом деле и «приведения» действуют по законам физики. Так, в нашем случае, холодный воздух в бутылке нагревается от ваших рук и расширяется, но он не может выйти наружу. Так как этому препятствует вода между краем горлышка и монетой. Однако если давление станет достаточно большим. То монета будет вести себя как клапан, поднимающийся вверх и выпускающий тёплый воздух наружу. | |
11. Взрывающийся камень
| Вы очень легко можете взорвать большой камень зимой. Найдите сильно замороженный твёрдый камень и налейте на него кипяток. Он будет разваливаться с громким треском и хлопками. Взрывной эффект вызван тем, что внешние слои нагреваются и расширяются быстрее, чем центральная часть камня. Результирующее напряжение взрывает камень. Надеемся, что вы после этого опыта, не будете есть мороженое, сразу после горячего кофе или чая, а побережёте свои зубы. | |
12. Фокус с «пахнущими» монетами
| Положите в пластиковую тарелку три разные монеты. Попросите кого-нибудь взять одну монету. Подержать её несколько секунд в руке и положить обратно, а сами в этот момент закройте глаза. Затем быстро поднесите каждую монету к вашей верхней губе и притворитесь, что нюхаете их. К всеобщему удивлению, вы сразу определите, какую монету брали из тарелки. Металл – очень хороший проводник тепла, и монета очень быстро нагревается в руке. А пластик является очень плохим проводником, и поэтому, когда монету кладут в тарелку, тепло из неё почти не уходит. Верхняя губа очень чувствительна и обнаруживает малейшую разницу температур у монет, так что вы сразу же сможете распознать монету, которую брали в руки. Перед тем как повторить этот фокус, положите монеты на холодный каменный пол или другую холодную поверхность, чтобы монеты вновь охладились. | |
13. Бумажная кастрюля
| Как вы думаете, можно ли вскипятить воду на открытом огне в бумажном стакане? Проткните вязальной спицей край бумажного стакана с противоположных сторон и налейте в него немного воды, разместите полученную конструкцию между двумя стоящими бутылками и зажгите под стаканом свечу. Вскоре вода закипит – а стакан даже не подгорит. Вода поглощает тепло, поступающее к бумаге, и начинает кипеть при температуре 100°С. Температура воды не станет выше, поэтому бумага не достигнет температуры, при которой она смогла бы загореться, пока вся вода не превратиться в пар. | |
14. Соление и охлаждение
На столе находится солонка, сосуд с водой, стакан, термометр и чайная ложка. Вы наливаете полстакана воды, насыпаете ложку соли, тщательно перемешиваете, измеряете температуру воды и записываете показания термометра. Просите зрителей повторить опыт. Они делают то же самое, но у них показания термометра значительно ниже.
Секрет в том, что в солонку с одного края вы насыпаете обыкновенную соль, а с другого – гипосульфит (или истолчённую таблетку перекиси водорода). При растворении гипосульфита температура раствора значительно понижается, т.к. на разрушение кристаллов затрачивается энергия.
15. Сюрприз из Аляски
Используя свойства изоляторов, вы сумеете приготовить разогретый в печке пудинг с замёрзшим мороженым внутри.
Понадобятся: мороженое, 3 яичных белка, 150г сахарной пудры, рыхлая ноздреватая лепёшка в качестве основы, духовка.
Алгоритм действий:
Предварительно нагрейте духовку до температуры 230°С.
Выложите простую рыхлую основу на противень.
Приготовьте меренгу: сбейте яичные белки до тех пор, пока они не превратятся в воздушную пену, затем осторожно всыпайте сахар, чтобы белки не осели.
Выложите ложкой на основу мороженое, а сверху закройте его меренгой, следя, чтобы оболочка действительно укутала всю поверхность. Затем поставьте в духовку на три-четыре минуты.
Достаньте противень из духовки: оболочка станет горячей и хрустящей, а мороженое по-прежнему сохранится холодным.
Воздух, замешанный в меренгу при взбивании, и воздушные пузыри в лепёшке действуют как изолятор, не пропуская жар духовки, поэтому поверхность нагреется, а середина останется ледяной.
При составлении описаний опытов были использованы материалы:
Билимович Б.Ф. Физические викторины. Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1967.
Перельман М.Е. А почему это так? Кн. 1: Физика вокруг нас в занимательных беседах, вопросах и ответах, – М.: Книжный дом «ЛИБРКОМ», 2010.
Прес Г. Дж. 300 опытов: увлекательных, познавательных и легко выполнимых; пер. с англ., – М.: АСТ: Астрель, 2009.
Робертсон Р. Волшебство в ванной; пер. с англ., – М.: Росмэн, 1999.