Научно-подручные опыты от Exploratorium с водой и светом

3 познавательных опыта для детей и взрослых, которые ещё раз показывают, что наука может быть занимательной и совсем не сложной.

Время чтения: 11 минут
Научно-подручные опыты от Exploratorium с водой и светом

О музее «Эксплораториум», очень важном и полезном и для всех педагогов и родителей,  мы уже рассказывали. Теперь делимся ещё одной подборкой опытов от этого проекта. На этот раз будем экспериментировать с водой и светом.

Опыты не требуют больших усилий и специального оборудования. Их легко можно проводить дома: это безопасно, познавательно и может быть даже весело — всё зависит только от вашего подхода к делу.


Линза и увеличительное стекло из воды

 

Источник: exploratorium.edu

Круглая ёмкость, наполненная водой, работает одновременно как линза и увеличительное стекло

Что понадобится?

  • Прозрачная ёмкость с круглым дном — например, большая миска или аквариум
  • Вода
  • Свеча или лампочка
  • Белая бумага или картон, чтобы использовать в качестве экрана
  • Газета

Готовимся к опыту

Читайте также:

Знаете ли вы химию?

Наполните ёмкость водой, чтобы сделать сферическую линзу.

Проводим эксперимент

Поставьте свечу или лампу на расстояние около 30 сантиметров от линзы. Поместите белый экран на противоположной стороне от источника света.

Затем передвигайте его в сторону от линзы, пока не увидите отражение лампочки или пламени. Обратите внимание, что изображение оказалось перевернутым.

 

 

Поднимите источник света вверх: одновременно отражение должно переместиться вниз.

Поднесите свечу или лампочку очень близко к сфере: в этом случае изображение не появится на экране при любом его расстоянии от линзы.

Посмотрите через ёмкость с водой на газету, помещенную близко к противоположной стороне линзы. Обратите внимание, что линза в этом случае работает как увеличительное стекло. Меняйте дистанцию между светом и линзой и наблюдайте, как меняется расстояние, на котором происходит отражение. Также обратите внимание, как меняется размер изображения.

Что это было?

Световые лучи от лампочки или свечи искривляются, когда входят в ёмкость с водой, а затем искривляются ещё раз, выходя из неё (как показано на рисунке). Этого не происходит с теми лучами, которые проходят через линзу под прямым углом — теми, которые направлены прямо в центр ёмкости.

Сфера с водой работает точно так же, как линза: фокусирует свет, который через неё проходит, и формирует изображение на противоположной стороне. Это световое отражение появляется на конце прямой линии, которая пролегает через центр линзы.

 

 

Изображение перевернуто вверх ногами и отражено слева направо. Двигается оно тоже наоборот: когда источник света поднимается, изображение опускается вниз, когда свет приближается к линзе, его отражение отдаляется. Это напоминает качели: одна сторона поднимается, когда опускается вторая.

У любой линзы есть точка фокусировки, где сходятся отраженные световые лучи из отдаленных источников света. Расстояние от центра линзы до точки фокусировки называется фокусным расстоянием. Чтобы измерить фокусное расстояние линзы, вам понадобиться источник света, который расположен более чем в 9 метрах от линзы. Используя белый экран, вы можете найти расстояние от линзы до получившегося изображения. Это и будет величиной фокусного расстояния.

Если источник света находится ближе, чем на одном фокусном расстоянии от линзы, она не может в достаточной степени преломить световые лучи и сформировать отражение. Но если вы посмотрите через линзу на близко поднесенный объект, то глазное яблоко (которое тоже работает как линза), сможет преломить свет и получившееся изображение появится на вашей сетчатке.

Это изображение будет крупнее любого из тех, что вы можете получить без помощи линзы. В этом случае водная линза работает как увеличительное стекло.

 

 

Изображение может быть нечётким или искаженным, но должно быть различимым. Также могут возникнуть световые искажения. Нечеткость отражения связана с феноменом сферической аберрации, т.к. сфера — это не идеальная форма для линзы, а искажение цвета — с хроматической аберрацией, т.к. каждая часть светового спектра преломляется в разной степени, попадая в линзу и выходя из неё.


Измерить электропроводимость: заставьте ваши электролиты гореть

 

Источник: exploratorium.edu

Небольшое и очень простое устройство покажет вам электропроводимость любых жидкостей с помощью лампочки.

Источник: exploratorium.edu

Что понадобится?

  • Праздничная гирлянда с лампами накаливания (светодиодные лампы не подойдут)
  • Алюминиевая фольга
  • Батарейка на 9 вольт (типа «Крона»)
  • Что-нибудь плоское и не проводящее электричество — например, пластиковый нож или палочка от мороженого
  • Кусачки или ножницы
  • Скотч
  • Несколько ёмкостей для раствора (подойдут обычные чашки или стаканы)
  • Вода
  • Пищевая сода или соль
  • Пригодится, но не обязательно: болты или шурупы из нержавеющей стали

Готовимся к опыту

1. Отрежьте от гирлянды лампочку с двумя проводами около 5 сантиметров длиной. Ножом или ножницами очистите от изоляции 1-2 сантиметра с конца каждого провода.

2. Оберните липкой лентой верхний край аккумулятора (тот, на котором находятся контакты) — это изолирует провода от металлического корпуса батареи и устранит возможность короткого замыкания.

 

 

3. Оторвите небольшой кусочек фольги и оберните им конец одного из проводов. Затем аккуратно присоедините его к плюсовому контакту батареи и полностью закройте подсоединенный провод липкой лентой.

 

 

4. Сверните два небольших кусочка фольги в отдельные трубки. Они послужат вам в качестве проводников от батереи к раствору и помогут протестировать его электропроводимость. Вместо фольги можно использовать и проволоку из нержавеющей стали.

 

 

5. Аккуратно присоедините конец одной из получившихся алюминиевых трубок к минусовому контакту, закрепите и изолируйте его с помощью ленты.

 

 

Читайте также:

Науку — в каждый дом

6. Оберните вторую трубку вокруг свободного провода от лампочки.

 

 

7. То, что у вас получилось, присоедините к деревянной палочке (или к другому плоскому предмету, не проводящему ток): положите батарею на палочку боковой стороной и закрепите её лентой.

 

 

По бокам от батареи должно оставаться место, чтобы положить вашу палочку на контейнер с жидкостью, а оба провода должны быть опущены вниз. Проверьте своё устройство, соединив проводники (это безопасно). Лампочка при этом должна загореться.

Внимание: не оставляйте лампу гореть от батарейки слишком долго, иначе она прогорит.

Опция: Чтобы продлить жизнь вашего устройства, можно присоединить к алюминиевым концам два болта или шурупа из нержавеющей стали. Если  с раствором будут соприкасаться только они (а не фольга), им можно будет пользоваться много раз.

Теперь ваше устройство готово!

Проводим эксперимент

Проверяем, проводит ли раствор электрический ток

Смешайте воду с солью или содой, наполните ёмкость и установите своё устройство на её краю (алюминиевые проводники должны погрузиться в воду). Если лампочка горит ярко — раствор очень хорошо проводит ток. Если она едва светиться или не горит вообще — электропроводимость вашего раствора низкая.

Таким же образом протестируйте разные растворы. Разведите воду с солью или содой в разных пропорциях и смотрите, как меняется результат.

 

 

Посмотрите, происходят ли в растворе химические реакции

Установите ваше устройство на прозрачную ёмкость и внимательно посмотрите на алюминиевые проводники, опущенные в воду. Видите ли вы, как меняется цвет жидкости или как там появляются пузырьки газа? Может быть, жидкость становится мутной, или появляется какой-то посторонний запах? Всё это — признаки химических реакций, которые происходят в растворе.

Что это было?

Если ваш раствор зажигает лампочку, это значит, что он содержит большое количество электролитов — электропроводящих веществ. Это заряженные частицы, которые содержат в себе ионы. Ионы могут быть заряжены положительно или отрицательно. Ионы притягиваются к проводнику с противоположным зарядом: положительно заряженные — к отрицательному, отрицательные — к положительному.

Этот поток частиц связывает проводники друг с другом, поэтому лампочка и загорается.

Обычно это перемещение ионов вызывает интересные химические эффекты. Частицы взаимодействуют с алюминиевой фольгой и начинают её растворять, в результате появляются пузырьки газа и меняется pH раствора (степень активности ионов). В своём опыте вы можете увидеть некоторые из таких эффектов.


Торнадо в бутылке

 

Источник: exploratorium.edu

Переливаясь из одной бутылки в другую, вода формирует спиральную воронку, напоминающую торнадо. Просто соедините бутылки с водой так, чтобы она лилась из одной ёмкости в другую. Затем бутылки можно перевернуть, и процесс повторится.

Что понадобится?

  • Трубка из плотного материала (например ПВХ) длиной около 5 см и диаметром с горлышко бутылки
  • Две прозрачных бутылки объемом 1,5-2 литра
  • Опционально: немного пищевого красителя, кусочков цветной бумаги или конфетти
  • Термоклей и устройство для его нанесения (можно заменить другим плотным герметиком)

Готовимся к опыту

Наполните одну бутылку водой примерно на две трети — три четверти объёма. Для большего эффекта можете добавить в воду краситель или конфетти.

Смажьте термоклеем внутреннюю часть горлышка наполненной бутылки и сразу же вставьте в него конец трубки. Трубка наполовину должна войти в горлышко и плотно там закрепиться. (Внимание: термоклей очень быстро сохнет, поэтому не медлите на этом этапе. Если вы используете другой клей, убедитесь, что трубка закреплена плотно и хорошо там держится).

Нанесите термоклей на верхний край горлышка той же бутылки, затем сразу же наденьте на трубку вторую бутылку и опустите её вниз, чтобы горлышки бутылок соединились (или были друг к другу как можно ближе). Добавьте еще немного термоклея на место соединения (главное, чтобы оно не пропускало воду).

Проводим эксперимент

Переверните бутылки так, чтобы вверху оказалась наполненная водой и поставьте их на стол. Смотрите, как вода постепенно перетекает в нижнюю бутылку, а пузырьки воздуха попадают наверх.

Затем возьмите бутылки, переверните их несколько раз и снова поставьте на стол (бутылка с водой должна оказаться сверху). Теперь вода, перетекая вниз, формирует воронку.

Обратите внимание на форму воронки и то, как она меняется, пока вода подходит к концу.

В опыте можно использовать и одну бутылку, но тогда вам придется держать её над ванной и наполнять после каждой новой попытки.

 

Что это было?

Когда вода в спокойном состоянии, её поверхностное натяжение образует перегородку в центре соединения между двумя бутылками. Пока верхняя бутылка полная, давление проталкивает воду вниз. Затем, пока вода перетекает вниз, а воздух проходит наверх, давление снижается. Когда количество воды и давление дойдут до определенного уровня, течение может полностью остановиться.

Если несколько раз перевернуть бутылки, вода начинает вращаться по кругу. Теперь, пока вода перетекает вниз, формируется воронка. Под действием гравитации вода устремляется вниз: если вынести за скобки незначительные силы трения, момент импульса воды остается тем же самым, пока она стекает. Это значит, что скорость движения воды возрастает ближе к центру вращения (по этой же причине фигуристы вращаются на льду быстрее, когда раскидывают руки в стороны).

Чтобы вода стремилась к центру, должны возникнуть так называемые центростремительные силы: они стягивают воду к центру благодаря давлению воздуха и воды, а также силам гравитации.

Вы можете определить, где центростремительные силы больше, если обратите внимание на угол наклона водной поверхности. Там, где он выше — ближе к центру бутылки — там выше и центростремительные силы. Внизу вода движется с большей скоростью по меньшему радиусу, поэтому и угол наклона у неё выше. (Вспомните о гонках на скоростных автомобилях: трассы для них делают наклонными, чтобы на поворотах при высокой скорости можно было держаться на круговой траектории).

Отверстие на самом конце воронки позволяет воде легко перетекать вниз, поэтому верхняя бутылка быстро оказывается пустой.

Данная статья распространяется по лицензии Creative Commons.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
4 января 2016, 12:00

Оставайтесь в курсе


У вас есть интересная новость или материал из сферы образования или популярной науки?
Расскажите нам!
Присылайте материалы на hello@newtonew.com
--