Dołącz do czytelników
Brak wyników

Kącik małego odkrywcy

12 czerwca 2018

NR 13 (Styczeń 2016)

Lodowate eksperymenty

0 410

Zwykły lód kryje w sobie wiele tajemnic, które z różnych powodów warto poznać i zrozumieć, by potem móc to wykorzystać w codziennym życiu. „Lodowate laboratorium” można urządzić poza pomieszczeniami szkolnymi, korzystając z naturalnych warunków pogodowych, typowych dla miesięcy zimowych lub przy zbyt wysokich jak na ten czas temperaturach i braku lodu – w klasie, wykorzystując szkolną zamrażarkę. Oczywiście lepiej byłoby wyjaśnić niektóre zjawiska, przeprowadzając eksperymenty np. na lodowisku, na szybach pomalowanych mrozem, na zamarzniętych kałużach, ale jeśli nie jest to możliwe, nie pozostaje nic innego jak zamrozić wystarczająco dużo wody, w różnych naczyniach, a potem przeprowadzić zaplanowane doświadczenia w sali lekcyjnej.

Czy lód topi się tylko pod wpływem ciepła?

Eksperyment I

Lód można stopić za pomocą drutu lub nici, nie podgrzewając ani lodu, ani drutu czy nici. Oto sposób, w jaki można to zrobić. 

Należy przygotować:

■      cienki drut lub mocną nić o długości ok. 30 cm,
■      butelkę,
■      kostkę lodu,
■      dwa jednakowe obciążniki (mogą być łyżki, noże lub widelce).

Końce drutu lub nici należy zawinąć wokół obciążników. Kostkę lodu umieścić na otworze butelki i położyć na niej drut lub nić w taki sposób, aby obciążniki symetrycznie zwisały po obu stronach. Butelkę ustawić np. na parapecie okna i obserwować, co się będzie działo.

Co się okaże? Drut lub nić będzie powoli przecinać lód w miejscu, gdzie na niego naciska, po czym się w nim zatopi.

Jak to wyjaśnić? Naciskający na lód drut lub nić powodują obniżenie temperatury topnienia (punktu topnienia) lodu i dlatego w tym miejscu lód się topi. W miarę upływu czasu woda ponownie zamienia się w lód – i to jest przyczyną zatapiania się drutu lub nici w lodzie. Również inne przedmioty naciskające na lód powodują jego topnienie. 

Warto wiedzieć...

Opisane zjawisko rozcinania lodu przez naciskanie występuje na lodowisku – można je obserwować podczas jazdy na łyżwach. Ostre krawędzie łyżew powodują rozcinanie lodu, ponieważ naciskają na niego z dużą siłą. Jednak łyżwy nie przymarzają do lodu, gdyż łyżwiarz znajduje się w ruchu, w związku z czym kontakt łyżew z lodem na kolejnych odcinkach trwa ułamki sekund. Po chwili następuje niejako samoistne wyrównanie powierzchni lodowiska, ponieważ stopiony lód znów zamarza.

Dzięki rozcinaniu lodu przez krawędzie łyżew łyżwiarz ma możliwość znacznego zmniejszenia powierzchni kontaktu z lodem i tym samym zmniejszenia siły tarcia o podłoże, a także sterowania swoją jazdą. Jednak po jakimś czasie krawędzie łyżew stają się tępe i aby dalsza jazda była komfortowa, należy je co pewien czas ostrzyć. 

​​



Eksperyment II

Topnienie lodu może być spowodowane także przez związki chemiczne, do których należy między innymi sól. Za pomocą zwykłej soli kuchennej można zrobić dziury w lodzie.

Należy przygotować:

■      kilka kostek lodu,
■      płaskie naczynie (np. talerzyk),
■      łyżkę soli kuchennej.


Na talerzyku trzeba rozłożyć przygotowane kostki lodu i posypać kilka z nich szczyptą soli. 1–2 kostki należy zostawić bez posypywania solą. Talerzyk wystawić na zewnątrz klasy, np. na parapet za oknem. Po upływie ok. 15 min sprawdzić, co się stanie z kostkami posypanymi i nieposypanymi solą.

Co się okaże? Na kostkach lodu posypanych solą pojawią się wgłębienia, a w nich woda, zaś kostki nieposypane pozostaną bez zmian.

Wniosek: Sól powoduje topnienie lodu.

Na czym to polega? Na obniżeniu punktu topnienia lodu, podobnie jak w poprzednim eksperymencie. Ta część lodu, która nie została posypana solą, topi się tak wolno, że jest to prawie niezauważalne. 

Opisane zjawisko wykorzystuje się w celu poprawienia bezpieczeństwa na chodnikach i drogach, gdy istnieje konieczność szybkiego przeciwdziałania gołoledzi. Niestety posypywanie solą powoduje nie tylko niszczenie obuwia, ale też szkody w środowisku – z powodu nadmiernego zasolenia gleby, do której trafia sól.

Znikająca ślizgawka

Czasem może się zdarzyć, że po kilku mroźnych, suchych dniach ulubiona ślizgawka znika jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki. Dlaczego tak się dzieje? Fizycy nazywają to zjawisko sublimacją, czyli zmianą stanu stałego (w tym przypadku lodu) w gaz (w tym przypadku – parę wodną). Na efekt znikającej ślizgawki czasem jednak trzeba długo czekać, więc prościej będzie pokazać to zjawisko w inny sposób.

Należy przygotować:

■      miskę do prania,
■      ciepłą wodę,
■      płyn lub proszek do prania,
■      sznurek do rozwieszania prania,
■      sweter lub inne ubranie do uprania.


Doświadczenie powinno być przeprowadzone, kiedy na dworze jest sucha, mroźna pogoda przez kilka kolejnych dni. Sweterek należy uprać i wypłukać, wynieść na dwór i rozwiesić na sznurku. Sprawdzić, co się z nim stanie po kilku godzinach i po kilku dniach.

Co się okaże? Po kilku godzinach sweterek będzie sztywny jak z blachy. Jeśli młodzi odkrywcy dotkną go po kilku dniach, będzie miękki i suchy. 

Jak to wyjaśnimy dzieciom? Z początku woda na upranym ubraniu ochłodzi się i pod wpływem niskiej temperatury zamieni się w lód. Gdy przez kilka dni na dworze utrzyma się sucha, mroźna pogoda, lód zacznie zamieniać się w parę wodną, a ta z kolei ulotni się ze sweterka i tym samym nastąpi jego wysuszenie. Ze znikającą ślizgawką jest dokładnie tak samo. Zjawisko to nosi nazwę sublimacji (dzieci nie muszą pamiętać tej nazwy, ale powinny umieć własnymi słowami wyjaśnić, na czym ona polega).

Siła lodu

Lód bywa bardzo pomocny przy przechowywaniu łatwo psujących się produktów spożywczych, ale bywa też sprawcą różnego rodzaju przykrych niespodzianek. W okresie zimowym może być przyczyną pękania rur instalacji grzewczej, przez co w domu jest zimno, a rodzice muszą skorzystać z pomocy hydraulika. W czym tkwi tajemnica tak wielkiej siły lodu? Wyjaśni to proste doświadczenie.

 

Potrzebne będą:

■      metalowy pojemnik z pokrywką,
■      plastikowa zakrętka od butelki,
■      3 drewniane ołówki,
■      taśma klejąca,
■      zamrażarka, 
■      woda.


Pojemnik należy napełnić wodą, aż do momentu jej wylewania się, po czym przykryć pokrywką. Zakrętkę położyć na pokrywce, a na niej ułożyć ołówek. Pozostałe 2 ołówki umieścić pod pudełkiem. Starannie połączyć wszystkie 3 ołówki kilkoma warstwami taśmy – z obu stron pudełka. Wstawić pudełko na noc do zamrażarki.

Co się stanie? Woda w pudełku zamarznie. Powstanie lód, który spowoduje podniesienie pokrywki pudełka i złamanie ołówka.

Na czym polega tajemnica siły lodu? Na tym, że podczas jego powstawania następuje znaczny wzrost objętości, czyli miejsca, które lód zajmuje. Chodzi o to, że kiedy cząsteczki wody zaczynają tworzyć lód, oddalają się od siebie i formują kryształki zajmujące więcej miejsca, niż woda. Gdy lód nie mieści się już w pudełku, naciska na pokrywkę i podnosi ją do góry. Z kolei pokrywka naciska na ołówek, który nie może podnieść się do góry, gdyż jest przymocowany do ołówków znajdujących się pod pudełkiem. A ponieważ siła nacisku jest duża, ołówek pod jej wpływem pęka. Ścianki pudełka również mogą ulec pęknięciu. Z rurami instalacji grzewczej jest podobnie: jeśli nie zostaną odpowiednio zabezpieczone przed działaniem mrozu, znajdująca się w nich woda zamarznie i rury mogą popękać. Trzeba więc wcześniej przewidzieć takie sytuacje, bo naprawa rur może trochę potrwać (w domu będzie zimno) i niestety sporo kosztuje.

Płaczące pudełko

Bardzo prosty eksperyment z wykorzystaniem lodu pozwoli małym odkrywcom zrozumieć zjawisko kondensacji, czyli skraplania gazu – w tym przypadku pary wodnej.

Należy przygotować:

■      metalowe pudełko lub miskę (powierzchnia powinna być błyszcząca, wówczas „łzy” będą bardziej widoczne),
■      tyle kostek lodu, by można było wypełnić nimi całe pudełko,
■      2–3 lupy.


Pudełko trzeba napełnić przygotowanymi wcześniej kostka...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 10 wydań magazynu "Życie Szkoły"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Możliwość pobrania materiałów dodatkowych
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy