JEDNODUCHÉ POKUSY S PET FĽAŠAMI Ľubica Letanovská, Slávka Kavická ZŠ Hargašova, Bratislava – Záhorská Bystrica, ZŠ Beňovského, Bratislava
V tomto príspevku je uvedených niekoľko pokusov vytvorených pomocou PET fliaš, ktoré sa týkajú predovšetkým oblasti mechaniky kvapalín a plynov. Niektoré pokusy možno použiť ako motivačné, niektoré sa môžu hodiť i ako zaujímavosť alebo námet na dobrovoľnú domácu úlohu. Pokusy si učiteľ môže zostaviť sám prípadne s pomocou žiakov. 1. Rotačný paraboloid Môže mať kvapalina iný povrch ako vodorovný? Pomôcky: Plastová fľaša so zafarbenou vodou zavesená na špagáte. Realizácia: K vrchnáku fľaše si pripravíme pevný špagát, do fľaše nalejeme zafarbenú vodu a pevne uzavrieme. Uchopíme voľný koniec špagátu a necháme fľašu voľne visieť. Po rozkrútení fľaše s vodou v osi špagátu pozorujeme zaujímavý tvar kvapaliny – rotačný paraboloid. Pretiahnutie a prehĺbenie hladiny je výraznejšie pri vyššej rýchlosti otáčania. Na čiastočky vody pôsobí odstredivá sila. 2. Hydrostatický tlak Pozorujte, ako vyteká voda z fľaše. Pomôcky: PET fľaša, vŕtačka. Postup : Do plastovej fľaše navŕtajte 4 otvory v rôznej výške nad sebou. Realizácia: Do fľaše nalejte vodu a pozorujte vytekajúce prúdy vody z jednotlivých otvorov. Vysvetlenie: Čím je otvor hlbšie, tým ním preteká silnejší prúd vody, pretože hydrostatický tlak s hĺbkou rastie. 3. Hydrostatický tlak II Pozorujte prehnutie blany v závislosti od hĺbky ponorenia fľaše. Pokúste sa určiť závislosť objemu priehlbinky od hĺbky ponorenia fľaše. Pomôcky: Pollitrová PET fľaša s odstrihnutým dnom, blana z tenkých gumených rukavíc, gumička, uzatvárací vrchnák, injekčná striekačka. Realizácia: Ako dno fľaše pripevníme tenkú blanu gumičkou. Na hrdlo naskrutkujeme otvorený uzatvárací vrchnák. Takto pripravenú fľašu ponoríme do nádoby s vodou. Pôsobením hydrostatickej tlakovej sily sa blana prehne dovnútra fľaše. Prehnutie blany fixujeme uzavretím vrchnáka. (Porovnanie 67
hydrostatického tlaku, resp. tlakovej sily môžeme urobiť aj tak, že do priehlbinky nalejeme vodu, ktorú odsajeme injekčnou striekačkou. Zistený objem je priamo úmerný tlaku v danej hĺbke.) 4. Hydrostatický paradox Pozorujte prehnutie blany v závislosti od výšky stĺpca kvapaliny. Pomôcky: 2 rovnaké pollitrové PET fľaše (na jednej je odrezané dno, druhá je odrezaná asi 5 cm od hrdla), 2 blany z tenkých gumených rukavíc, vrchnák so sklenenou trubičkou (dĺžka ako vyššia fľaša), hadička, krátka trubička, lepidlo. Realizácia: Na každú fľašu prilepíme tenkú blanu ako dno. Nižšiu fľašu uzavrieme vrchnákom s vlepenou sklenenou trubičkou. Do fliaš nalejeme vodu. Stĺpec vody rovnakej výšky, ale rôznej hmotnosti vo fľašiach, spôsobí rovnaké prehnutie blán. Ak prepojíme trubičku pomocou hadičky s krátkou trubičkou, ktorú nakláňame, a tak meníme výšku vodného stĺpca, môžeme sledovať zmeny prehnutia blany. Ak fľašu s trubičkou otočíme hore dnom, prejaví sa ťahová sila vody a blana sa vtiahne dnu. 5. Tlaková sila v kvapaline Pozorujte prehnutie blán pri ponáraní upravených spojených fliaš. Pomôcky: 2 rovnaké pollitrové fľaše (odrezané asi 5 cm od hrdla), 2 blany z tenkých gumených rukavíc, dvojvrchnák plný, dvojvrchnák s dierkou, sklenená guľôčka, plastelína, olej, lepidlo. Realizácia: Na každú fľašu prilepíme tenkú blanu ako dno. Pripravíme si dvojvrchnáky tak, že dva vrchnáky nahrejeme na platni sporáka, pritlačíme k sebe a počkáme, kým spoj vychladne. Do jedného dvojvrchnáka vyvŕtame dierku a v jednej z jeho častí si pripravíme malú priehlbinku na guľôčku. Najskôr fľaše spojíme plným dvojvrchnákom. Ponoríme ich vodorovne do väčšej nádoby s vodou. Prehnutie blán, ktoré sú v rovnakej hĺbke, je rovnaké. Potom ponoríme fľaše zvislo. Prehnutie blany, ktorá je hlbšie, je väčšie. Ďalej použijeme dvojvrchnák s otvorom a pokus zopakujeme. (Aké bude prehnutie teraz?) Dolná blana bude prehnutá dnu, horná bude vydutá von. (Prehnutie môžeme fixovať pomocou sklenenej guľôčky namočenej v oleji a umiestnenej v hornom vrchnáku s plastelínou. Guľôčka bude pôsobiť ako záklopka.) 6. Karteziánček – potápač Skroťte si potápača vo fľaši. Pomôcky: PET fľaša, kvapkátko, vrchnáčik z pera. 68
Postup: Fľašu úplne naplňte vodou. Do kvapkátka nasajte toľko vody, aby plávalo na hladine. Fľašu uzavrite. Realizácia: Fľašu mierne stlačte. Kvapkátko bude klesať ku dnu. Ak povolíte stisk, kvapkátko stúpa nahor. Vysvetlenie: Stláčaním fľaše tlak v kvapaline stúpne, do kvapkátka sa natlačí voda, jeho hmotnosť stúpne, mení sa i priemerná hustota a kvapkátko klesá ku dnu. (Kvapkátko je vhodné dotvoriť dokreslením očí a pod., deti majú z toho lepší zážitok. Pokus sa dá predviesť ako „kúzelnícky trik“ a následne fyzikálne vysvetliť) 7. Nafukovanie balónika do fľaše Ako môžeme nafúknuť balónik do vnútra fľaše? Pomôcky: 2 plastové fľaše spojené pri dne hadičkou, balónik. Realizácia: Do fliaš nalejeme vodu a počkáme, až sa hladiny vyrovnajú (spojené nádoby). Na hrdlo jednej fľaše pripevníme smerom dnu balónik. Túto fľašu zdvihneme, voda začne odtekať do druhej fľaše a balónik sa trochu nafúkne. Ak fľašu položíme späť, balónik opäť spľasne. Ak zdvihneme druhú fľašu, balónik sa prevráti a nafúkne smerom von. 8. Ako nafúknuť balónik ? Pokúste sa nafúknuť balónik vo vnútri fľaše. Pomôcky: PET fľaša, balónik, hadička, lepidlo, vŕtačka. Postup: V spodnej časti fľaše vyvŕtajte otvor, prilepte hadičku. Na hrdlo fľaše navlečte balónik. Realizácia: Hadičkou vysávajte vzduch z fľaše, ústami alebo iným spôsobom. Vysvetlenie: Vo fľaši vznikne podtlak. Na steny balónika pôsobí atmosférický tlak a ten balónik nafúkne. 9. Balónik vo fľaši s autoventilčekom Pozorujte spľasnutie a opätovné nafúknutie balónika vo fľaši. Pomôcky: Väčšia plastová fľaša, vrchnák s autoventilčekom, balónik, pumpička, trubička, plochý vrták do dreva. Realizácia: Do vrchnáka ručne prevŕtame otvor s priemerom asi 14 mm (podľa priemeru autoventilčeka) a začistíme. Ventilček potom zasunieme do vyvŕtaného otvoru (netreba lepiť). Vo fľaši nafúkneme a zauzlíme balónik (pri nafukovaní máme vo fľaši trubičku, aby cez ňu unikal vzduch stláčaný nafukovaným balónikom). Fľašu uzavrieme vrchnákom s autoventilčekom. Pumpičkou plníme 69
fľašu vzduchom, pritom balónik spľasne. Pri vypúšťaní vzduchu cez ventilček sa balónik opätovne nafúkne. 10. Model pľúc Znázornime si, ako pracujú naše pľúca z fyzikálneho hľadiska. Tento pokus je vhodné použiť pri preberaní látky „Tlak plynu v uzavretej nádobe, pretlak, podtlak. Pomôcky: PET fľaša, dve slamky, vrchnák s dvomi otvormi, gumená membrána, dva balóniky. Postup: Do vrchnáka s dvomi dierkami vsunieme slamky. Na konce slamiek nastrčíme balóniky. Odrežeme dno plastovej fľaše a namiesto toho tam upevníme gumenú membránu. Na membránu nalepíme kúsok špagátika. Realizácia: Ak budeme striedavo poťahovať a uvoľňovať špagátik, tak balóniky budú striedavo nasávať a vyfukovať vzduch. Membrána predstavuje bránicu a balóniky pľúca. Vysvetlenie: Znížením dna sa zníži tlak v dutine(fľaši) a vzduch znova začne prúdiť do balónikov. 11. Heronova banka – stlačiteľnosť vzduchu Skúste si vyrobiť fontánu. Pomôcky: 2 PET fľaše, hadičky, 2 sklenené trubičky, vŕtačka, lepidlo, 2 zátky alebo vrchnáky z fľaše s dvomi otvormi, lievik Postup: Fľašu A naplníme malým množstvom vody a uzatvoríme trubicou s lievikom. Fľašu B naplníme asi do ¾ vodou a postavíme ju na podstavec, aby sme dosiahli čo najväčší rozdiel hladín h. Fľaše spojíme spojovacou hadičkou, všetko musí byť veľmi dobre utesnené. Realizácia: Do lievika (fľaša A) lejeme vodu a z druhej trubičky strieka voda(fľaša B). Vysvetlenie: Nalievaním vody do fľaše A s lievikom, sa z nej vytlačí vzduch cez spojovaciu hadičku do fľaše B. V druhej fľaši tlak stúpa, a tým sa vytlačí kvapalina z trubičky. 12. Premena vody na víno Pomocou jednoduchých experimentov je niekedy užitočné predviesť „kúzelnícke triky“. Celý tento pokus je potrebné umiestniť do veľkej škatule a dať deťom otázku. „Ako je to možné, že lejem vodu a vyteká mi malinovka? Nakreslite, čo si myslíte, že je schované v škatuli“ (Odpovede žiakov budú určite nápadité a zaujímavé). Pomôcky: Dve PET fľaše, vrchnák s jedným otvorom, sklenená rúrka s lievikom, hadičky. 70
Postup: Cez vrchnák jednej fľaše prestrčíme sklenú rúrku s lievikom. Na bokoch oboch fliaš urobíme otvory, ktoré spojíme hadičkou alebo slamkou a dobre utesníme. Na druhej fľaši pri dne urobíme otvor, do ktorého vlepíme hadičku. Fľašu vľavo naplníme vodou a fľašu vpravo zafarbenou vodou. Realizácia: Nalievaním vody do fľaše s lievikom, vyteká z druhej fľaše farebná tekutina. Vysvetlenie: Vo fľaši, do ktorej vlievame vodu sa zvyšuje tlak vzduchu. Ten prúdi spojovacou rúrkou do druhej fľaše, kde tlačí na zafarbenú vodu a vytláča ju vo z fľaše. 13. Vyprázdnite pohár Skúste vyprázdniť pohár len pomocou fľaše, ale tak aby fľaša zostávala stále rovnako plná. Pomôcky: PET fľaša, vrchnák s dvoma otvormi, dve slamky, pohár s vodou. Postup: Zazátkujte fľašu tak, aby v nej nezostal žiadny vzduch. Cez dierky vsuňte dve slamky, ktoré musia byť rôzne dlhé. Kratšia z nich musí presahovať výšku pohára a dlhšia musí mať približne dvojnásobnú dĺžku ako prvá. Realizácia: Fľašu obráťte hore dnom, pričom kratšiu rúrku ponorte do pohára tak, aby rúrka dosahovala až na dno pohára. Druhá rúrka zostáva mimo pohára. Odstráňte uzáver z kratšej rúrky. Vysvetlenie: Voda začne vytekať cez dlhšiu rúrku von z fľaše a bude tiecť dovtedy, kým sa pohár nevyprázdni. Fľaša naplnená vodou predstavuje vývevu. 14. Vodné tornádo Prelejte čo najrýchlejšie vodu z jednej fľaše do druhej. Pomôcky: 2 plastové fľaše, dvojvrchnák s otvorom, voda. Realizácia: Do jednej fľaše nalejeme vodu a dvojvrchnákom spojíme s prázdnou fľašou. Fľaše postavíme do zvislej polohy tak, aby voda bola v hornej fľaši. Ak zakrútime fľašami okolo zvislej osi, vytvorí sa vír, a tým otvor vo vode. Tlaky v oboch fľašiach sa vyrovnajú a voda bude pretekať do dolnej fľaše po jej stenách. V hornej fľaši vzniká tzv. vodné tornádo. 15. Prečo voda nevytečie? Pomôcky: Fľaša so širším hrdlom, deravý vrchnák, drevené kvádre ako podpera, voda. Realizácia: Fľašu naplníme celkom vodou a uzavrieme deravým vrchnákom. Potom ju, pridŕžajúc otvor, otočíme a postavíme na kvádre. Uvoľníme otvor: voda nevytečie. 71
16. Váženie vzduchu Koľko vážia 2 litre vzduchu? Pomôcky: Dve (1½-litrové alebo 2-litrové) fľaše s vrchnákmi s autoventilčekom, stojan, rovnoramenná páka (vahadlo), pomocné misky (škatuľky od filmov) na závažie, kompresor
a) pred vyčerpaním vzduchu (ľavá fľaša bola napumpovaná)
(pumpička), 2-litrová fľaša s vodou, vedro s vodou, mäkká hadička, špajľa, broky, závažie. Realizácia: Pripravíme si stojan s vahadlom. Na kraje rovnoramennej páky zavesíme prázdne fľaše a pomocné misky. Fľaše vyvážime pomocou brokov. Jednu fľašu zvesíme a naplníme vzduchom pomocou pumpičky. Fľašu opäť zavesíme na páku a vyvážime brokmi. Pripravíme si 2-litrovú fľašu s vodou a vedro s vodou. Zvesíme napumpovanú fľašu a na jej ventilček nasunieme hadičku, v ktorej je krátka špajľa. Fľašu s vodou uzavrieme a ponoríme zvislo hrdlom do vedra s vodou. Fľašu otvoríme (voda nevytečie). V tejto polohe ju bude držať pomocník. Vezmeme si napumpovanú fľašu, druhý koniec hadičky zasunieme do fľaše s vodou. Cez hadičku uchopíme špajľu a stláčame ňou ventilček. Tak prečerpávame vzduch do fľaše s vodou až, kým vzduch nevytlačí všetku vodu z fľaše. Fľašu s ventilčekom opäť zavesíme na páku a vyvážime, teraz už závažím. (Hmotnosť 2 litrov vzduchu je približne 2,5 g.)
b) po odčerpaní vzduchu z ľavej fľaše
Ďalšie pokusy z PET fľašami 17. Čierna alebo biela? Pozorujte, v ktorej fľaši vystúpi voda rýchlejšie. Pomôcky: Dve rovnaké PET fľaše, dve rovnako dlhé sklené rúrky, čierna farba, svietidlo. Postup: Do vrchnáka zasunieme rúrky, jednu z fliaš zafarbíme na čierno. Do obidvoch fliaš nalejeme rovnaké množstvo vody a zasvietime na fľaše svietidlom. Vysvetlenie: Pohlcovaním tepelného žiarenia sa vzduch vo fľašiach zohrieva a tlak vo fľaši rastie. Tento tlak spôsobuje vytláčanie vody do trubičky. Čierna fľaša pohltí viac tepelného žiarenia a preto voda postupuje nahor rýchlejšie. V tomto pokuse možno zameniť trubičky teplomermi a pozorovať množstvo pohlteného žiarenia. 72
18. Bublavé hodiny Pomôcky: 2 rovnaké PET fľaše, dvojvrchnák s dvoma otvormi, 2 krátke tvrdé slamky, voda. Realizácia: Do dvojvrchnáku zasunieme slamky (každú iným smerom), do jednej fľaše nalejeme vodu, fľaše spojíme dvojvrchnákom. Voda z hornej fľaše prebubláva do spodnej. S pomocou stopiek môžme hodiny ociachovať (fixkou si označíme minúty na fľašiach).
19. Beztiažový stav padajúceho telesa Namodelujte si beztiažový stav. Pomôcky: Plastová fľaša, špagát, tenká guma, kúsok olova, lepidlo (tavná pištoľ). Realizácia: Do vrchnáka si pripravíme malú dierku tak, aby sa ňou dal pretiahnuť špagát. Koniec, ktorý je z vnútornej strany vrchnáka, zviažeme s gumičkou. Uzol potiahneme k vrchnáku a zafixujeme lepidlom alebo tavnou pištoľou. Na gumičku pripevníme malý kúsok olova, ktorý vložíme do fľaše a pritiahneme vrchnák. Uchopíme voľný koniec špagátu a fľašu za hrdlo. Z väčšej výšky pustíme fľašu (špagát stále držíme).
20. Kolotoč pod fľašou Prinúťte vrtuľku, aby sa otáčala bez toho, aby ste pohár nadvihli. Pomôcky: PET fľaša, korková zátka s ihlou, papierový kríž. Postup: Na špičku ihly, ktorá je zapichnutá v korkovej zátke, postavte malú papierovú vrtuľku a priklopte ju odrezanou PET fľašou. Realizácia: Trite tú stranu pohára, ku ktorej chcete, aby sa pootočil kríž. Vysvetlenie: Fľaša sa trením zelektrizuje, v dôsledku čoho sa kríž pohne smerom k tomu miestu, na ktorom trieme fľašu. 73
S takýmito netradičnými pokusmi sa stretávame na seminároch Heuréky. Je isté, že deti oveľa ľahšie pochopia a lepšie si zapamätajú určitý jav, ak si naň siahnu vlastnými rukami. Všetky uvedené pokusy si žiaci môžu vyskúšať, porozmýšľať o nich prípadne si ich zostrojiť doma. Literatúra [1] SVOBODA, E: Fyzika-pokusy s jednoduchými pomúckami. Praha : Prometheus, 2001. [2] KOSTIČ, Ž. K.: Medzi hrou a fyzikou. Bratislava : Alfa, 1975. [3] KÓKAIOVÁ, J. a kol.: Heuréka. Pezinok : AMAVET, 2002. [4] DVOŘÁK, L. a kol.: Veletrh nápadů učitelů fyziky 10 : Sborník z konference. Praha : Prometheus, 2006. [5] DVOŘÁK, L. a kol.: Dílny Heuréky 2005 : Sborník konference projektu Heuréka. Praha : Prometheus, 2006.
74
