Πειράματα

     Το πείραμα είναι βασικό συστατικό της επιστημονικής μεθόδου. Μας επιτρέπει να επαληθεύσουμε ή να καταρρίψουμε μια θεωρία. Αποτελεί τον συνδετικό κρίκο μεταξύ του άυλου κόσμου των θεωριών και του υλικού κόσμου. Για πολλά χρόνια το πείραμα είχε απαξιωθεί και σε συνδυασμό με την "ξύλινη" γλώσσα των αντίστοιχων μαθημάτων οδήγησαν τους μαθητές, και μετέπειτα ενήλικες, μακριά από τις Φυσικές Επιστήμες. Τα τελευταία χρόνια το κλίμα τείνει να αναστραφεί. Μπορείτε και εσείς να δοκιμάσετε πολλά από τα πειράματα που είναι εύκολο να γίνουν και απαιτούν λίγα και φτηνά υλικά. Ψάξτε στο διαδίκτυο (ένας οδηγός από το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο με απλά πειράματα φυσικής  υπάρχει εδώ: https://anyflip.com/uiew/zbmm/basic). Εκτελέστε τα με προσοχή και με τις απαραίτητες προφυλάξεις. Δείξτε τα σε φίλους σας. Ορισμένα από αυτά θα τους καταπλήξουν και θα οδηγήσουν σε συζητήσεις για την ορθή ερμηνεία τους. Οργανώστε μία ημέρα Φυσικών Επιστημών και Πειραμάτων (ημέρα ΦΕΠ). Διασκεδάστε μαθαίνοντας! Ακολουθούν μερικά πειράματα (πατήστε στις εικόνες για μεγέθυνση):

Προσοχή: Τα πειράματα γίνονται λαμβάνοντας πάντα όλα τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας, υπό την επίβλεψη ενηλίκου αν εκτελούνται από παιδιά, όπως γίνεται και σε όλα τα πειράματα που πραγματοποιούνται στα σχολικά εργαστήρια.





1. Το πείραμα με τη σοκολάτα και τον φούρνο μικροκυμάτων:

     Σας αρέσει η σοκολάτα; Και μάλιστα λιωμένη; Εδώ είμαστε! Σε αυτό το πείραμα θα μετρήσουμε την ταχύτητα του φωτός με τη βοήθεια μιας σοκολάτας (ή περισσοτέρων!) και ενός φούρνου μικροκυμάτων! Παίρνουμε τη σοκολάτα (να είναι τουλάχιστον 15cm σε μήκος) και είτε την τοποθετούμε πάνω σε δύο χάρτινα στηρίγματα με τη λεία επιφάνεια προς τα επάνω είτε την τοποθετούμε πάνω σε ένα πιάτο. Αφαιρούμε τη βάση από τον φούρνο μικροκυμάτων και τοποθετούμε ένα πιάτο ώστε να μην έχουμε περιστροφή μέσα στον φούρνο (κατά την πρώτη εκδοχή) και ταυτόχρονα να πέσει η σοκολάτα στο πιάτο σε περίπτωση που λιώσει πολύ (στην δεύτερη εκδοχή θα είναι είδη μέσα στο πιάτο). Βάζουμε την ένταση στο μέτριο και λειτουργούμε τον φούρνο για 3 δευτερόλεπτα. Ανοίγουμε τον φούρνο και κοιτάμε τη σοκολάτα αν έχει αυξομειώσεις σαν κυματάκια ή βαθουλώματα ή περιοχές που έχουν λιώσει πιο πολύ όπως φαίνεται στις φωτογραφίες. Αν δεν βλέπουμε κάτι επαναλαμβάνουμε για άλλα 3 δευτερόλεπτα κ.ο.κ. Προσέχουμε να μην αφήσουμε για πολύ τον φούρνο σε λειτουργία γιατί η σοκολάτα θα καεί (θα γίνει μαύρη) και δεν θα μπορούμε να τη φάμε! Γενικά χρειάζεται λίγος χρόνος και ποικίλει ανάλογα με την ένταση που έχουμε. Έστω ότι παρατηρούμε τις δύο ζητούμενες περιοχές στις οποίες η σοκολάτα έχει τα βαθουλώματα ή έχει λιώσει πιο πολύ. Μετράμε με έναν χάρακα την απόσταση. Αυτή αναμένεται να είναι μερικά εκατοστά. Πολλαπλασιάζουμε με το 2 γιατί τα κύματα μέσα στον φούρνο είναι στάσιμα κύματα. Διαιρούμε με το 100 ώστε να έχουμε το αποτέλεσμα σε μέτρα. Μόλις βρήκατε τον παράγοντα λ που είναι το μήκος κύματος των μικροκυμάτων. Σύμφωνα με τον θεμελιώδη νόμο της κυματικής η ταχύτητα των κυμάτων δίνεται από τη σχέση c = λ∙f, άρα μένει να βρούμε τον παράγοντα f που είναι η συχνότητα των κυμάτων. Αυτή μας δίνεται από τον κατασκευαστή του φούρνου και είναι συνήθως f = 2,4GHz = 2400000000Hz. Οπότε πολλαπλασιάζουμε τον παράγοντα f με τον παράγοντα λ και έχουμε την ταχύτητα των μικροκυμάτων σε m/sec. Η ταχύτητα του φωτός στον αέρα είναι λίγο μικρότερη από 300000000m/sec. Τέλος, υπάρχει και μία ακόμα εκδοχή του πειράματος με αράβικη πίτα, η οποία σε κάποια σημεία θα είναι περισσότερο καμένη και η απόσταση αυτών των περιοχών θα είναι η ίδια όπως και στη σοκολάτα. Καλή σας όρεξη! (video: https://tinyurl.com/hprrx5x)


Τοποθετούμε το πιάτο με τη σοκολάτα στον φούρνο μικροκυμάτων χωρίς τον περιστρεφόμενο πάτο.

Τα σημεία όπου η σοκολάτα διογκώθηκε περισσότερο αποτελούν τα "όρη" των στάσιμων κυμάτων.



  2. Το πείραμα με τον καπνό που ρέει προς τα κάτω:

     Χρειαζόμαστε ένα μικρό κομμάτι χαρτί, σπίρτα ή αναπτήρα και ένα άθικτο νάιλον κομμάτι από συσκευασία, όπως αυτό από τα κουτάκια με τις μαστίχες ή τις καραμέλες, καθώς και από πακέτα τσιγάρων. Το πείραμα καλό είναι να γίνει σε χώρο που να μη φυσάει και να έχουμε από κάτω ένα σταχτοδοχείο ή μια επιφάνεια που να μπορεί να καθαριστεί εύκολα από τα προϊόντα της καύσης. Τυλίγουμε το χαρτάκι ώστε να γίνει ρολό. Κάνουμε μια οπή στην κλειστή μεριά του νάιλον και τοποθετούμε εκεί μέσα το χαρτάκι. Ανάβουμε από τη μία μεριά το χαρτάκι και παρατηρούμε ότι καπνός αρχίζει να ρέει στη μέσα μεριά του νάιλον όπως ρέει το νερό! Ο καπνός καθώς περνάει μέσα από το χαρτάκι, ψύχεται, και έτσι, όντας πιο πυκνός από τον αέρα, ρέει προς τα κάτω. Αν η ροή σταματήσει ανάβουμε και πάλι τι χαρτάκι. Κάποια στιγμή η φωτιά θα φτάσει στο νάιλον που θα καεί οπότε το πείραμα θα λήξει! Μπορούμε να απομακρύνουμε το χαρτάκι πιο μπροστά και έτσι να εγκλωβίσουμε τον καπνό στο νάιλον!  Πώς σας φαίνεται; 
(video: https://www.youtube.com/watch?v=7CtguvLB03Y)

Ανάβουμε το χαρτάκι.

Η ροή έχει ξεκινήσει.


Ο καπνός συνεχίζει να ρέει.


  3. Το "πείραμα" της ανύψωσης:

     Το πείραμα της ανύψωσης (ή αιώρησης) με 5 άτομα είναι ένα γνωστό και κλασικό "πείραμα" των πάρτι και των προαυλίων των σχολείων. Για να γίνει χρειαζόμαστε 5 άτομα και μία καρέκλα, αν και μπορεί να γίνει και στο πάτωμα. Επιλέγουμε το πιο βαρύ άτομο της παρέας να κάτσει κάτω, όχι ότι δεν μπορεί να γίνει και με πιο ελαφρύ άτομο, απλά τα αποτελέσματα θα είναι ακόμη πιο εκπληκτικά. Πλέκουμε τα δύο μας χέρια με τους δείκτες ενωμένους όπως φαίνεται στη φωτογραφία. Τα δύο άτομα θα σηκώσουν τον υποψήφιο "αιωρούμενο" από τις μασχάλες και τα άλλα δύο κάτω από τα γόνατα, ταυτόχρονα, και ακουμπώντας σε αυτά μόνο τους δείκτες των χεριών. Καλό είναι να μπουν χιαστί τα άτομα ίδιας δύναμης και όχι π.χ. δύο δυνατοί στις μασχάλες και δύο αδύνατοι στα πόδια. Γίνεται η πρώτη απόπειρα ανύψωσης. Προσοχή στο κατέβασμα, να μην τον αφήσουμε απότομα και χτυπήσει! Τίποτα το ιδιαίτερο μέχρι τώρα. Κάνουμε το εξής "κόλπο". Βάζουμε εναλλάξ τα χέρια μας πάνω από το κεφάλι του υποψήφιου και σε απόσταση 5 εκατοστά περίπου το ένα από το άλλο, αρχικά το δεξί και στη συνέχεια το αριστερό (σε αυτό το σημείο μπορεί έτσι κι αλλιώς να αισθανθούμε κάτι στα χέρια μας εξαιτίας του στατικού ηλεκτρισμού που έχουν τα σώματά μας). Απομακρύνουμε μετά από λίγο τα χέρια μας με την αντίστροφη φορά από πάνω μέχρι κάτω. Δοκιμάζουμε και πάλι να σηκώσουμε τον υποψήφιο και ........................... τον σηκώνουμε με πολύ μεγαλύτερη άνεση! Το πείραμα το έχω δοκιμάσει πολλές φορές και με διαφορετικά άτομα και πετυχαίνει πάντα. Δηλαδή, τη δεύτερη φορά φαίνεται να είναι πιο "ελαφρύς". Έχει γίνει πράγματι πιο ελαφρύς; Έχουμε γίνει εμείς πιο δυνατοί; Είναι ψυχολογικό το θέμα και τη δεύτερη φορά βάζουμε πιο πολύ δύναμη; Μήπως επειδή έχουμε τα χέρια ψηλά για κάποια δευτερόλεπτα και σε συνδυασμό με το στρες, το σώμα εκκρίνει αδρεναλίνη και η καρδιά χτυπάει πιο γρήγορα και δυνατά και έτσι "γινόμαστε" πιο δυνατοί; (είναι δηλαδή θέμα Βιολογίας;) Τι λέτε; Καλή διασκέδαση!


¨Ορθή¨ τοποθέτηση χεριών!


Πριν τη 2η ανύψωση.


Η 2η ανύψωση.

                                                                      
  4. Το πείραμα με το φρέσκο και το βραστό αυγό:

     Η μητέρα μας, κατά λάθος, φυσικά, μπέρδεψε τα φρέσκα αυγά με τα βραστά που είχε φτιάξει για φαγητό. Πέρασε και η ώρα και κρύωσαν. Πως θα καταλάβουμε ποια αυγά είναι βραστά και ποια όχι χωρίς να τα σπάσουμε ή να τα ανακινήσουμε; Ο πιο εύκολος και γρήγορος τρόπος είναι ο εξής: Παίρνουμε το αυγό και το τοποθετούμε σε μια επίπεδη επιφάνεια. Το περιστρέφουμε. Το ακουμπούμε στιγμιαία ώστε να σταματήσει και το αφήνουμε. Το βραστό αυγό θα σταματήσει να περιστρέφεται. Το φρέσκο αυγό, όμως, θα συνεχίσει! Αυτό θα γίνει γιατί τα εσωτερικά του υγρά θα συνεχίσουν να περιστρέφονται μέσα του και θα αναγκάσουν να περιστραφεί όλο το αυγό αφού το αφήσουμε λόγω των εσωτερικών τριβών. Ακόμη και στο λίγο βρασμένο αυγό ("μελάτο") η περιστροφή θα είναι μηδενική σε σχέση με το άβραστο. Έτσι κι αλλιώς, πάντως, το φρέσκο αυγό θα περιστραφεί εξαρχής πολύ πιο δύσκολα από ότι το βραστό. Δοκιμάστε και προσοχή μη σπάσετε κανένα αυγό! (video: https://tinyurl.com/y5q692yj)


Περιστροφή του αυγού.


Στιγμιαίο σταμάτημα του αυγού.


Συνέχεια περιστροφής του ωμού αυγού.




 5. Το πείραμα με το νερό που δεν πέφτει:

     Γεμίζουμε ένα ποτήρι με νερό μέχρι το χείλος του. Παίρνουμε ένα κομμάτι χαρτί το οποίο να έχει αρκετό πάχος ή ένα χαρτόνι. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και μια κόλλα Α4 διπλωμένη στα δύο. Τοποθετούμε το χαρτί πάνω στο ποτήρι ώστε να καλύψει πλήρως το χείλος και προσέχοντας να μην εγκλωβιστεί αέρας μεταξύ του χαρτιού και του νερού (αυτό είναι πολύ σημαντικό!). Αναποδογυρίζουμε το ποτήρι και παρατηρούμε ότι το νερό δεν πέφτει, παρόλο που δεν υπάρχει κάτι να συγκρατεί το χαρτί, το οποίο με τη σειρά του συγκρατεί το νερό. Η μήπως υπάρχει;
(Υπάρχει, και είναι ο αέρας ο οποίος βρίσκεται μόνο στην εξωτερική επιφάνεια του χαρτιού. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι αρκετή για να συγκρατήσει το νερό στο ποτήρι). 
(video: https://tinyurl.com/yypbqkhw)
 


Γεμίζουμε το νερό μέχρι το χείλος.


Προσέχουμε να μην εγκλωβιστεί αέρας.


"Απίστευτο!"



6. Το πείραμα του Ερατοσθένη:

     Το 240π.Χ. ο αρχαίος Έλληνας γεωγράφος και αστρονόμος Ερατοσθένης υπολόγισε για πρώτη φορά την ακτίνα της Γης και επιβεβαίωσε την υπόθεση που έκανε πρώτος, ότι η Γη είναι μία σφαίρα. Μία παραλλαγή εκείνου του πειράματος μπορούμε να κάνουμε και σήμερα με μία απλή μέθοδο και τη χρήση γεωμετρίας.
     Κατά την εαρινή Ισημερία στις 20 Μαρτίου στις 12.30 περίπου το μεσημέρι οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κατακόρυφα στον Ισημερινό της Γης. Εκμεταλλευόμενοι το γεγονός ότι εκείνη τη στιγμή το γεωγραφικό μας πλάτος είναι ίσο με τη γωνία που σχηματίζεται από την πάνω άκρη ενός κατακόρυφου αντικειμένου με την άκρη της σκιάς του, μπορούμε να υπολογίσουμε την ακτίνα της Γης με τη βοήθεια της ομοιότητας των τριγώνων.
     Με τη βοήθεια αυτού του προγράμματος:
 http://suncalc.net/#/36.8915,27.2946,11/2018.03.20/23:00
υπολογίζουμε πότε είναι ακριβώς μεσημέρι στον τόπο μας.
   Με τη βοήθεια του google maps υπολογίζουμε την απόσταση του τόπου μας ΤΙ από τον Ισημερινό:
https://www.google.gr/maps


Εκτελώντας το πείραμα στην αυλή του σχολείου.

Μετρώντας το μήκος της σκιάς.

                                               

Υπολογισμοί "επί χάρτου".


     Το μόνο που μένει τώρα είναι να μετρήσουμε το ύψος ΤΑ ενός κατακόρυφα τοποθετημένου αντικειμένου και το μήκος της σκιάς του ΤΣ. Η γωνία φ της σκιάς θα υπολογιστεί από τον τύπο εφφ=ΤΣ/ΤΑ. Η περίμετρος της Γης από τον τύπο Περ=(ΤΙ*360)/φ. Τέλος, η ακτίνα της Γης θα υπολογιστεί από τον τύπο R=Περ/(2*3,14159). 
     Αναλυτικές οδηγίες βρίσκονται εδώ:
https://drive.google.com/drive/folders/1NEqILy8-Jh8531FGyGV_6i_X4cYynvje

   Ο δεύτερος τρόπος είναι κάνουμε δύο ταυτόχρονες μετρήσεις σε δύο τόπους Α και Β, που έχουν το ίδιο γεωγραφικό μήκος. Η διαφορά στη γωνία φ των σκιών (όπου ιδανικά είναι ίση με τη διαφορά των γεωγραφικών πλατών) είναι το πρώτο στοιχείο που χρειαζόμαστε. Το δεύτερο στοιχείο είναι η απόσταση των δύο τόπων, που μπορούμε να υπολογίσουμε με τη βοήθεια του Google Maps ή άλλου εργαλείου. Ο λόγος της διαφοράς των γωνιών προς τις 360 μοίρες της σφαιρικής Γης, ισούται με τον λόγο της απόστασης των σημείων προς την περίμετρο της Γης, που είναι το ζητούμενο (Δφ/360=ΑΒ/Π).

Μέτρηση της απόστασης με τη βοήθεια του Google Maps

        

7. Αδιαβατική εκτόνωση-υγροποίηση με ένα άδειο μπουκαλάκι νερού:

     Μια αγαπημένη συνήθεια των μαθητών είναι να παίρνουν ένα άδειο μπουκαλάκι νερού και αφού το πιέσουν να πετάγεται μακριά το καπάκι του. Αρχικά, περιστρέφουν αρκετές φορές το μπουκαλάκι ώστε η πίεση του αέρα στο εσωτερικό του να αυξηθεί. Στη συνέχεια ανοίγουν το καπάκι, το οποίο πετάγεται με μεγάλη ταχύτητα, όπως κάνουν οι μεγάλοι με τις σαμπάνιες. Ο αέρας που βγαίνει από το μπουκαλάκι εκτονώνεται, με αποτέλεσμα να μειώνεται η θερμοκρασία του και να υγροποιείται. Μπορούμε να δούμε ένα μικρό σύννεφο να βγαίνει από το μπουκαλάκι. Δοκιμάστε το. Προσοχή, μην χτυπήσετε κάποιον ή κάτι εύθραυστο με το καπάκι.


Το "εργαλείο" παραγωγής σύννεφων!

Το περιστρέφουμε πολλές φορές για να συμπιεστεί ο αέρας μέσα του.


Έτοιμοι για την "εκτόξευση"!

Να και το σύννεφό μας!

8. Το αυγό "δύτης":

     Η άνωση είναι η δύναμη που ασκείται προς τα πάνω σε όλα τα σώματα που βρίσκονται μέσα σε ένα ρευστό (υγρό ή αέριο). Το βάρος του σώματος συγκρινόμενο με την άνωση θα καθορίσει εάν ένα σώμα θα βυθιστεί ή θα επιπλεύσει σε ένα ρευστό (ή ισοδύναμα συγκρίνοντας τις πυκνότητές τους - το πιο πυκνό θα βυθιστεί). Ένα εύκολο πείραμα μπορεί να γίνει με ένα αυγό (διότι η πυκνότητά του είναι παρόμοια με αυτή του νερού), ένα ποτήρι νερό και λίγο αλάτι. Αρχικά βυθίζουμε το αυγό στο ποτήρι με το νερό (επιλέγουμε μικρή ποσότητα νερού για να μην χρειαστεί να ρίξουμε πολύ αλάτι). Το αυγό βυθίζεται. Στη συνέχεια ρίχνουμε αλάτι ανακατεύοντας απαλά το νερό. Κάποια στιγμή το αυγό θα αναδυθεί στην επιφάνεια. Πότε θα γίνει αυτό; Όταν η άνωση γίνει μεγαλύτερη από το βάρος του αυγού (ή ισοδύναμα όταν η πυκνότητα του αυγού γίνει μικρότερη από αυτή του αλατόνερου). Για αυτό τον λόγο το σώμα μας βυθίζεται ελαφρώς λιγότερο στο θαλασσινό νερό από ότι στο γλυκό νερό. 

Το αυγό στον πάτο του ποτηριού.


Ρίχνουμε σταδιακά αλάτι και ανακατεύουμε.
                                           

Το αυγό αναδύεται στην επιφάνεια!
                                                          


9. Ο δύτης του Καρτέσιου:

    Ένα ακόμη πείραμα που έχει να κάνει με τα ρευστά, την πυκνότητα και την άνωση, είναι ο "δύτης του Καρτέσιου". Το πείραμα μπορεί να γίνει με πολλές παραλλαγές αναλόγως με τα υλικά που έχουμε διαθέσιμα. Παίρνουμε ένα μπουκαλάκι με νερό, ένα μικρό κομμάτι από καλαμάκι και πλαστελίνη. Κλείνουμε το καλαμάκι με την πλαστελίνη και από τις δύο πλευρές ώστε να εγκλωβιστεί ο αέρας μέσα του. Ρίχνουμε τον "δύτη" μας στο μπουκαλάκι και βλέπουμε ότι επιπλέει (πρέπει να επιπλέει, ειδάλλως το πείραμα δεν θα πετύχει). Στη συνέχεια κλείνουμε το καπάκι και πιέζουμε το μπουκάλι. Βλέπουμε ότι ο "δύτης" βυθίζεται! Ποια "μαγική" δύναμη ώθησε τον "δύτη" να καταδυθεί; (η πίεση που ασκήσαμε αύξησε την πίεση στο νερό, η αύξηση της πίεσης στο νερό αύξησε την πίεση στο καλαμάκι και μειώθηκε ο όγκος του, το οποίο οδήγησε στην αύξηση της πυκνότητας του δύτη και όταν έγινε μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού, ο δύτης άρχισε να βυθίζεται). 
                και https://tinyurl.com/3gvg4jev)

Το μπουκαλάκι με το νερό και ο αυτοσχέδιος δύτης!


Ο δύτης μας αρχικά επιπλέει.
                                                 

 Μόλις πιέσουμε το μπουκάλι, ο δύτης βουλιάζει!
                                          


10. Πειράματα στατικού ηλεκτρισμού:

    Μπορούμε να κάνουμε πάρα πολλά πειράματα που στηρίζονται στον στατικό ηλεκτρισμό. Το πιο γνωστό από αυτά είναι να πάρουμε ένα στυλό, να το τρίψουμε στη μάλλινη μπλούζα μας και να σηκώσουμε μερικά μικρά χαρτάκια. Ένα άλλο είναι να τρίψουμε ένα μπαλόνι και να το κάνουμε να στερεωθεί σε μία κατακόρυφη επιφάνεια (π.χ. πόρτα) και να καταπλήξουμε τους πάντες στη γιορτή μας! Δοκιμάστε το! 
(video: https://tinyurl.com/yxjk3gvb)

Ένας στυλός (ή ένα στυλό;) και μερικά χαρτάκια.
 

Τρίβουμε το "πλαστικό" (το λύσαμε...) στο "μαλλί".
                                                            

Να τα και τα χαρτάκια που κόλλησαν στο πλαστικό!


    Κατά τον ίδιο τρόπο μπορούμε να στρέψουμε μία λεπτή "φλέβα" νερού πλησιάζοντας ένα φορτισμένο αντικείμενο (στυλό, χάρακα, χτένα κτλ.):

Κάμψη της ροής του νερού από το φορτισμένο στυλό.

(video: https://tinyurl.com/2vdrdg8y)
   

11. Πειράματα με τον αέρα (αρχή του Bernoulli, πίεση κτλ.):

    Μπορούμε να κάνουμε πάρα πολλά πειράματα που στηρίζονται στον αέρα και την επίδρασή του στα σώματα. Το πιο απλό και εύκολο είναι να πάρουμε μία σελίδα, να την κρατήσουμε καθώς γέρνει προς τα κάτω και να φυσήξουμε οριζόντια. Παρατηρούμε, ότι η χάρτινη σελίδα "αψηφά" τη βαρύτητα και ανεβαίνει προς τα πάνω! Για ποιον λόγο η σελίδα πλησιάζει το ρεύμα αέρα αντί να απομακρύνεται από αυτό; Ο λόγος είναι ότι το ρεύμα αέρα μειώνει την πίεση που ασκείται στο πάνω μέρος του χαρτιού, ενώ ο αέρας κάτω από αυτό συνεχίζει να πιέζει το χαρτί από κάτω προς τα πάνω. Μπορούμε να κάνουμε το πείραμα με δύο σελίδες, όπου βλέπουμε να ενώνονται όταν ένα ρεύμα αέρα περνά ανάμεσά τους.     
    Η ατμοσφαιρική πίεση είναι κάτι που έχουμε συνηθίσει, αλλά δημιουργεί ωραία φαινόμενα. Με τον ίδιο τρόπο μπορούμε να "κολλήσουμε" μια βεντούζα, με τον ίδιο τρόπο συνθλίβεται το χάρτινο κουτάκι όταν ρουφάμε τον αέρα από μέσα του κ.ο.κ. Με τον ίδιο τρόπο, όπως είχαμε δει στο 5ο πείραμα, μπορεί να "κρατά" ανάποδα ολόκληρο ποτήρι με νερό.
(video: https://tinyurl.com/y3qbufuh)

Η βαρύτητα κάνει αρχικά τη δουλειά της.


Το ρεύμα αέρα στο πάνω τμήμα μειώνει την πίεση σε αυτό!


Δύο σελίδες τείνουν να ενωθούν όταν ένα ρεύμα αέρα περάσει ανάμεσά τους.


12. Εκτοξεύοντας μπάλες:

    Ένα από τα πιο διασκεδαστικά και εκπαιδευτικά πράγματα σε αυτόν τον κόσμο είναι η διερεύνηση, η αναζήτηση της αλήθειας μέσω των υποθέσεων και του πειραματισμού. Μαζεύουμε την παρέα μας ή την οικογένειά μας και τους θέτουμε απλά ερωτήματα. Για παράδειγμα: αν αφήσουμε μία μπάλα να πέσει στο έδαφος από ένα ορισμένο ύψος, είναι δυνατόν να φτάσει σε ύψος μεγαλύτερο από αυτό που την αφήσαμε; Οι περισσότεροι θα απαντήσουν "όχι" και θα έχουν δίκιο. Αν αφήσουμε, όμως, δύο μπάλες που ακουμπάνε με τη μικρή να βρίσκεται πάνω από τη μεγάλη; Δοκιμάστε το και ετοιμαστείτε για την "εκτόξευση" (όσο πιο μεγάλη η διαφορά στο μέγεθος των μπαλών, τόσο μεγαλύτερη θα είναι και η μεταφορά ορμής από τη μεγαλύτερη στην μικρότερη - δεν παραβιάζεται κανένας νόμος της φυσικής). Μάλιστα, μπορεί να γίνει και με περισσότερες μπάλες.

                            
Αφήνουμε μία μπάλα να πέσει μόνη της.
    
        
Στη συνέχεια αφήνουμε δύο μπάλες που ακουμπάνε να πέσουν μαζί, με τη μικρή να βρίσκεται πάνω από τη μεγάλη.


13. Το μπαλόνι που δεν καίγεται:

    Μία από τις σημαντικές ιδιότητες του νερού (Η2Ο) είναι η μεγάλη του θερμοχωρητικότητα. Χρειάζεται, δηλαδή, σημαντικά ποσά ενέργειας για να μεταβάλει τη θερμοκρασία του. Από την άλλη, ένα μπαλόνι που τοποθετείται σε μία φλόγα καίγεται σχεδόν αμέσως μιας και φτάνει σχεδόν αμέσως στη θερμοκρασία καύσης του. Όταν, όμως, τοποθετούμε νερό μέσα στο μπαλόνι, το μπαλόνι δεν καίγεται! Αυτό συμβαίνει διότι η θερμότητα από τη φλόγα διαχέεται μέσα στο νερό, η θερμοκρασία δεν ανεβαίνει απότομα και δεν επιτρέπει το μπαλόνι να φτάσει στη θερμοκρασία καύσης του. Για καλό και για κακό, δοκιμάζουμε το πείραμα μέσα σε έναν νεροχύτη:


Γεμίζουμε το μπαλόνι με νερό.


Το μπαλόνι μαυρίζει, αλλά δεν λιώνει.

(video: https://tinyurl.com/136jojmp)


14. Κατανοώντας την έννοια της ροπής:

    Η ροπή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος και έχει να κάνει με τη δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα και μπορεί να το περιστρέψει. Για την ιστορία, η ροπή ισούται με το γινόμενο της δύναμης που ασκείται σε ένα σώμα επί την κάθετη απόσταση από τον άξονα περιστροφής γύρω από τον οποίο περιστρέφεται. Μπορούμε εύκολα, ωστόσο, να την αντιληφθούμε μέσα από το πείραμα και τις καθημερινές μας εμπειρίες.
    Το πρώτο παράδειγμα είναι οι πόρτες. Τα χερούλια στις περιστρεφόμενες πόρτες βρίσκονται στην αντίθετη πλευρά από το σημείο που είναι στερεωμένες στον τοίχο (δηλαδή τον άξονα περιστροφής τους). Κατά αυτό τον τρόπο αυξάνεται η απόσταση από τον άξονα περιστροφής με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ροπή. Για την ίδια δύναμη, λοιπόν, αυξάνοντας την απόσταση από τον άξονα περιστροφής αυξάνεται αυτομάτως και η ροπή. Είναι πολύ πιο εύκολο να ανοίξουμε με αυτόν τον τρόπο μια πόρτα. Δοκιμάστε να σπρώξετε μια ανοικτή πόρτα ασκώντας δύναμη κοντά στον άξονα περιστροφής.
    Το δεύτερο παράδειγμα είναι το μπουκάλι με τον νερό, με βιδωτό καπάκι. Είναι πιο εύκολο να ανοίξουμε το μπουκάλι, αν κρατήσουμε σταθερό το καπάκι και γυρίσουμε το κάτω μέρος του μπουκαλιού, από ό,τι αν κρατήσουμε το κάτω μέρος του μπουκαλιού και περιστρέψουμε το καπάκι.
    Το τρίτο παράδειγμα, γνωστό και από την αρχαιότητα, είναι ο μοχλός. Τοποθετώντας ένα μικρό αντικείμενο (π.χ. μια πέτρα) δίπλα σε ένα βαρύ αντικείμενο και μία σανίδα ανάμεσά τους, μπορούσαν να μετακινήσουν το βαρύ αντικείμενο ασκώντας δύναμη στην άλλη, μεγαλύτερη, πλευρά της σανίδας.
    Το τέταρτο παράδειγμα είναι τα τιμόνια. Μεγάλα οχήματα χρειάζονται περισσότερη ροπή για να περιστρέψουν τις ρόδες τους, για αυτό τον λόγο είναι μεγαλύτερα τα τιμόνια τους.
    Το πέμπτο παράδειγμα είναι τα κλειδιά που ξεβιδώνουμε μπουλόνια. Όσο μεγαλύτερα σε μήκος είναι τα κλειδιά, τόσο πιο εύκολο είναι τα ξεβιδώσουμε τα μπουλόνια.
    Το έκτο παράδειγμα είναι η τραμπάλα. Γνωρίζουμε από μικρά παιδιά, πως όσο πιο μακριά καθόμαστε από το κέντρο της τραμπάλας, τόσο πιο εύκολο είναι να "νικήσουμε" τον απέναντι, παρόλο που το βάρος μας (η δύναμη που προκαλεί περιστροφή στη συγκεκριμένη περίπτωση) παραμένει σταθερό.


Αρχικά ασκούμε δύναμη κοντά στο χερούλι.

Στη συνέχεια ασκούμε την ίδια δύναμη κοντά στον άξονα περιστροφής.

Το ίδιο κάνουμε με το καπάκι και το μπουκάλι. Τη μια φορά περιστρέφουμε το καπάκι, την άλλη το μπουκάλι, και βλέπουμε τη διαφορά.


15. Καταπέλτης - δυναμική ενέργεια από λάστιχα, ελατήρια κ.α.:

    Από τα αρχαία χρόνια χρησιμοποιούσαν τόξα. Η τεντωμένη χορδή αποθήκευε δυναμική ενέργεια η οποία μετατρεπόταν σε κινητική ενέργεια στο τόξο. Ομοίως, καταπέλτες αποθήκευαν δυναμική ενέργεια μέσω σκοινιών η οποία μετατρεπόταν σε κινητική στην πέτρα που εκτοξευόταν. Σφεντόνες και λοιπά κυνηγετικά εργαλεία ή όπλα στηρίζονται στη μετατροπή της δυναμικής ενέργειας σε κινητική. Στα τέλη του μεσαίωνα ελατήρια χρησιμοποιήθηκαν στα ρολόγια.
    Ένας εύκολος καταπέλτης που μπορούμε να φτιάξουμε είναι με ένα απλό λαστιχάκι τυλίγματος και ένα κουταλάκι (κατά προτίμηση με μικρή μάζα). Αφού περιστρέψουμε το κουταλάκι πολλές φορές μέσα στο λαστιχάκι θα έχουμε αποθηκεύσει αρκετή δυναμική ενέργεια για να εκτοξεύσουμε ένα μπαλάκι. Εκτόξευση!
(video: https://tinyurl.com/1rtfxxlt)

Έτοιμοι για εκτόξευση!



16. Παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα:

    Προφανώς, αέρας που εκπνέουμε περιλαμβάνει σε μεγάλο ποσοστό CO2 (διοξείδιο του άνθρακα). Επίσης, αν κάψουμε ένα υλικό που να περιλαμβάνει άνθρακα (χαρτί, ξύλο, όπως και όλα τα καύσιμα) επίσης παράγεται διοξείδιο του άνθρακα (που συντελεί στο φαινόμενο του θερμοκηπίου). Ένας άλλος τρόπος είναι να δράσει ένα οξύ σε ένα ανθρακικό άλας. Στο σπίτι μας μία ακίνδυνη όξινη  ουσία είναι το ξύδι (και το λεμόνι) και ένα άλας είναι η μαγειρική σόδα (NaHCO3, όξινο ανθρακικό νάτριο). Θα χρειαστούμε ένα μπουκαλάκι, ένα κουταλάκι, ξύδι, σόδα και ένα μπαλόνι για να μπορέσουμε να εγκλωβίσουμε το διοξείδιο του άνθρακα. Προσθέτουμε (αρχικά και δοκιμαστικά) λίγο ξύδι και λίγη σόδα και κλείνουμε το πώμα με το μπαλόνι. Οι φυσαλίδες που βλέπουμε είναι διοξείδιο του άνθρακα. Καλή παραγωγή!



Τα υλικά μας.


Μπαλόνι γεμάτο με διοξείδιο του άνθρακα (είναι το ίδιο μπαλόνι που δεν έλιωνε λόγω νερού, δείτε το πείραμα 13!).


17. Στροφορμή:

    Καθόμαστε σε μία περιστρεφόμενη καρέκλα και δίνουμε μια ώθηση ώστε να ξεκινήσει η περιστροφή. Όταν ανοίγουμε τα πόδια και τα χέρια μας η καρέκλα περιστρέφεται αργά, ενώ όταν τα πλησιάζουμε στο σώμα περιστρέφεται γρήγορα! Αυτό συμβαίνει διότι η στροφορμή πρέπει να διατηρείται! Το ίδιο συμβαίνει στο καλλιτεχνικό πατινάζ που στις γρήγορες περιστροφές τα χέρια και τα πόδια πρέπει να είναι κοντά στον άξονα περιστροφής. Το ίδιο συμβαίνει και στη ρόδα στο λούνα παρκ που τα παιδιά πλησιάζουν το κέντρο της ρόδας για να περιστραφεί πιο γρήγορα. Όταν η μάζα απομακρύνεται από τον άξονα περιστροφής κερδίζει σε απόσταση αλλά χάνει σε ταχύτητα περιστροφής. Όταν η μάζα πλησιάζει τον άξονα περιστροφής χάνει σε απόσταση αλλά κερδίζει σε ταχύτητα περιστροφής. Η στροφορμή όμως διατηρείται και δίνεται από τη σχέση L=mur, όπου m η μάζα του σώματος, u η γραμμική ταχύτητα περιστροφής και r η απόσταση από τον άξονα περιστροφής.

Ανοικτά άκρα - αργή περιστροφή


Κλειστά άκρα - γρήγορη περιστροφή

 18. Ατμοσφαιρική πίεση:

    Παίρνουμε το κρουασάν μας στο βουνό. Παρατηρούμε ότι σε μεγάλο υψόμετρο η συσκευασία του κρουασάν διογκώνεται. Αυτό συμβαίνει διότι η ατμοσφαιρική πίεση έχει μειωθεί και έτσι ο εσωτερικός πυκνότερος αέρας της συσκευασίας μπορεί να καταλάβει περισσότερο όγκο. Ανοίγουμε το μπουκαλάκι με το νερό μας σε μεγάλο υψόμετρο, το πίνουμε, το κλείνουμε και στη συνέχεια επιστρέφουμε σπίτι. Παρατηρούμε ότι ο όγκος του μπουκαλιού έχει μειωθεί μιας και η ατμοσφαιρική πίεση έχει αυξηθεί και συμπιέζει τον αραιότερο περιεχόμενο αέρα.

Το κρουασάν που διογκώνεται σε μεγάλο υψόμετρο



 
Το μπουκαλάκι που συμπιέζεται σε μικρό υψόμετρο


Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου