Święta Bożego Narodzenia w oczach młodych odkrywców

Czy zimne ognie są rzeczywiście zimne? Jak zwykłe szyszki świerkowe można wykorzystać w celach naukowych? Czy w warunkach domowych można wyprodukować śnieg? Jakie tajemnice naukowe kryją w sobie bryły lodowe? Na te i inne pytania młodzi odkrywcy poznają odpowiedzi po wykonaniu serii „świątecznych eksperymentów”.

Gdyby zima poskąpiła na święta śniegu…

Nie pozostaje nic innego, jak uruchomienie własnej, laboratoryjnej produkcji tego ważnego składnika świątecznej bieli.

Eksperyment I – śnieg z pieluch jednorazowego użytku

Potrzebne będą:

• kilka pieluch jednorazowego użytku,
• zimna woda,
• dość duże naczynie (np. miska, plastikowy pojemnik),
• nożyce,
• dowolne barwniki (warto wykorzystać, ale nie są konieczne),
• cienki drucik,
• białe koraliki,
• 2–3 duże, przezroczyste lub jasnoniebieskie kulki.

Wykonanie eksperymentu:

• Kilka pieluch (2–3) rozciąć i wysypać do miski znajdujący się w nich proszek.
• Do proszku dodawać porcjami zimną wodę i mieszać palcami. Jeśli chcemy otrzymać kolorowy śnieg, wodę należy wcześniej zabarwić na dowolny kolor.

Co powstanie? Powstanie mnóstwo białego lub kolorowego „puchu” (gdy użyliśmy barwników), do złudzenia przypominającego śnieg i jak prawdziwy śnieg zimnego w dotyku.

W czym tkwi tajemnica powstawania tego sztucznego śniegu? Zawarty w pieluchach biały proszek to nic innego jak higroskopijny (inaczej mówiąc – chłonący wodę) związek chemiczny zwany polimerem. Jeśli połączymy go z wodą, powstanie coś, co przypomina śnieg. 

A jak jest zbudowany polimer?Jest to długi, poskręcany łańcuch powiązanych ze sobą cząsteczek. Między tymi cząsteczkami są puste miejsca, mogące uwięzić cząsteczki wody.

Dzieci mogą zbudować model polimeru z białych koralików imitujących pojedyncze cząstki zwane monomerami, nadziewając je na drucik i skręcając w formę przestrzenną. Włożone między poskręcany łańcuch przezroczyste lub jasnoniebieskie kulki będą imitowały cząsteczki wody. I to pozwoli lepiej zrozumieć, jak to się dzieje, że woda „znika” w białym proszku. Można jeszcze dodać, że zawarty w pieluchach proszek jest superabsorbentem (bardzo dobrze chłonie wodę). Oczywiście nie należy wymagać od dzieci czynnego posługiwania się naukową terminologią. Na razie wystarczy oswajanie, na wszystko inne przyjdzie czas.

Eksperyment II – śnieg z sody oczyszczonej i pianki do golenia

Należy przygotować:

• 2–3 opakowania sody oczyszczonej,
• niewielką ilość pianki do golenia,
• naczynie do mieszania sody i pianki.

Wykonanie eksperymentu:

• Sodę wsypać do miski.
• Do sody dodać piankę (mniej więcej tyle, ile zmieści się w dłoni dziecka). Wymieszać palcami z sodą.

Co powstanie? Powstanie biały puch do złudzenia przypominający śnieg.

Jaka jest tajemnica otrzymywania śniegu tym sposobem? W tym przypadku cząsteczki sody zostały rozproszone między cząsteczkami pianki do golenia i utworzyły luźny układ białych cząstek, imitujący sypki śnieg. Można go schłodzić w lodówce, żeby jeszcze bardziej przypominał prawdziwy śnieg.

Czy śnieg otrzymany wymienionymi sposobami ma właściwości śniegu? Absolutnie nie! Prawdziwy śnieg jest czystą wodą w stałym stanie skupienia. Jest opadem atmosferycznym w postaci kryształków lodu, powstających w chmurach, gdzie zachodzi proces krystalizacji pary wodnej. Zaś opisane eksperymenty są dobrymi, efektownymi zabawami naukowymi, które, oprócz poznania wybranych tajemnic chemii i fizyki, mogą też posłużyć do zrozumienia powiedzonka „nie wszystko złoto, co się świeci” i do odkrycia tajemnicy „działania” pieluch.

Zaczarowane szyszki 

Zanim zawiesimy szyszki na choince, zaproponujmy dzieciom ciekawy eksperyment związany z odkryciem pewnych tajemnic fizyki.

Należy przygotować:

• 3 okazałe, jednakowej wielkości szyszki świerkowe (mogą też być szyszki innych drzew),
• 2,5 metra mocnego sznurka,
• taśma miernicza,
• 2 jednakowe krzesła,
• nożyce.

Wykonanie eksperymentu:

• Sznurek rozciąć na 4 kawałki: 1 m, 60 cm, 60 cm, 30 cm.
• Krzesła ustawić oparciami do siebie w odległości około 80 cm. Rozciągnąć najdłuższy kawałek sznurka między oparciami i przywiązać jego końce do oparć krzeseł. Krzesła rozsunąć na taką odległość, aby sznurek między jednym a drugim był napięty.
• Pozostałe sznurki – 2 jednakowe, dłuższe i 1 krótszy zawiązać na sznurku łączącym krzesła w taki sposób, aby odległości między sznurkami były jednakowe. Krótszy sznurek powinien znaleźć się na środku.
• Na końcu każdego ze zwisających sznurków przywiązać szyszkę.
• Przyciągnąć do siebie pierwszą szyszkę, po czym delikatnie ją puścić.

Co się okaże? Poruszona pierwsza szyszka zacznie się wahać, przy czym jej ruch wahadłowy będzie coraz słabszy. W tym czasie środkowa szyszka tylko nieznacznie się poruszy, a trzecia szyszka zacznie się wahać, odchylając się coraz mocniej. Po krótkim czasie sytuacja samoistnie zmieni się i pierwsza szyszka będzie poruszała się coraz szybciej, a trzecia – coraz wolniej. Szyszka środkowa nadal nie będzie uczestniczyć w ruchu wahadłowym.

Jak to wyjaśnić? Pierwsza i trzecia szyszka po zamocowaniu na sznurku utworzyły 2 bliźniacze wahadła. W związku z tym, że wisiały na sznurkach jednakowej długości, po wprawieniu jednej z nich w ruch, mogły sobie wzajemnie przekazywać energię i to dlatego ruch wahadłowy wykonywały naprzemiennie. Zjawisko to nazywamy rezonansem mechanicznym. Środkowa szyszka, wisząca na najkrótszym sznurku, nie uczestniczyła w przekazywaniu energii i dlatego tylko nieznacznie drgała, ale nie wykonywała ruchu wahadło...