Technická dílna v MŠ aktivity rozvíjející technické znalosti a dovednosti

Technická dílna v MŠ – aktivity rozvíjející technické znalosti a dovednosti

Jméno účastníka:

Autorka: Mgr. Barbora Mikulecká, Mgr. Štěpán Ledvinka, Ph.D., Ing. Michal Křivan Odborné korektury: Mgr. Jiří Stejskal, Mgr. Tomáš Toula

Technická dílna v MŠ – aktivity rozvíjející technické znalosti a dovednosti

Obsah: Slovo úvodem 5 Koktejl 6 Kankán rozinek 7 Karteziánek 8 Horkovzdušný balón 10 Nafouknutí rukavice teplým vzduchem 11 Poskakování mincí 11 Plamen svíčky a CO2 12 Instantní balónek 13 Kouzla s limčou 14 Sopka 15 Lávová lampa 16 Vodoměrka I 17 Vodoměrka II 18 Vodní ježek 20 Je tam voda, nebo není? 21 Indián ve vakuovačce 22 Rakety 23 Heronek 25 Levitování s náboji 26 Neviditelná síla magnetů 28

5

Slovo úvodem Vážené učitelky, učitelé, vychovatelky a vychovatelé těch nejmenších. Dostává se Vám do rukou materiál, který by Vám měl pomoci implementovat jednoduché fyzikální principy do hraní si s Vašimi dětmi. Nebojte se fyziky, která se za experimenty nachází. Příručka by Vám měla pomoci v jejím jednoduchém pochopení. Pokud jsme ve vysvětlování byli někdy až příliš popisní a zjednodušovali přemíru, omluvte nás. Snažili jsme se o to, aby pokusům mohl porozumět i laik fyzikou zcela nepolíbený. Připravili jsme pro Vás dvacet experimentů, z nichž některé jsou více demonstrační, jiné si děti od začátku do konce mohou vyrobit samy. Pokusy pokrývají několik oblastí fyziky od tlaků, kapalin, plynů, mechaniky, elektřiny až po magnetismus nebo experimenty s povrchovým napětím. Každý experiment je rozepsán v následujících částech: • O čem pokus je? Navození atmosféry k danému pokusu. • -> Za tímto znakem vždy následuje hlavní cíl pokusu. • Co k pokusu potřebujeme? Potřebný materiál k provedení pokusu. • Podmínky k pokusu Popisují speciální prostředí, v jakém je třeba pokus provádět. • Postup Podrobný postup pokusu, často i jeho vhodné předvádění. • Popis pokusu (fyzikální pozadí) Fyzika za pokusem jednoduše a mnohdy s přesahem. • Náměty Co s pokusem dělat dále, jak ho více vytěžit nebo na co si dát pozor. Přejeme Vám mnoho zdaru a zábavy při vytváření a ukazování krásy přírodních zákonů, ale hlavně abyste pro experimentování nadchli co nejvíce dětí. Budeme také rádi, když s námi budete materiály dále ladit tak, aby sloužily na dalších školkách dětem v jejich cestě za poznáním. Napište nám na [email protected]. A nikdy nezapomeňte: „Svět je krásnější, když víte, jak funguje“.

Divadlo Fyziky ÚDiF ÚDiF neboli Úžasné divadlo fyziky. Tak si říkáme již šestým rokem jako skupina vystudovaných fyziků, kteří si usmysleli, že ukážou krásy vědy a techniky všem lidem. Vytvořili jsme řadu nových fyzikálních vystoupení, do kterých vkládáme vlastní inovaci i vývoj. Experimenty jsou proto z řad známějších, ale i zcela nových, svým rozsahem pokrývají celý obor fyziky (bohužel Einsteinovu relativitu jsme ještě neobsáhli). Vystoupení mají lidi kolem nás nejen bavit, ale také jim předat touhu poznávat, jak svět kolem nás funguje. Svět je krásnější, když víte, jak funguje… Motto skupiny ÚDiF

Na své cestě za popularizací na školách jsme postupně začali být zváni i na mateřské školky. „Ale půjde to?“, byla naše první otázka. Budou děti schopné vnímat, co jim ukazujeme, budou nad tím přemýšlet a nestanou se z fyziky jen obyčejná kouzla? Nebylo nic snazšího, než to vyzkoušet. Dnes máme za sebou vystupování na desítkách školek po celé České republice a tím i bohaté zkušenosti s reakcemi dětí. Zkoušíme jak formu vystoupení, tak formu dílniček. Poznali jsme potřebný přístup, jakým se pokusy dětem musí podávat, a o ten se s Vámi chceme podělit. Existuje pár hlavních myšlenek pro práci s experimenty na MŠ: • Věci, které předvádíme, musíme neustále přirovnávat k věcem, které děti znají. • Není třeba bát se cizích názvů, děti si v kontextu osvojí jejich význam a nemají problém s jejich používáním. Jsou ve věku, kdy cizí slova nasávají jako houba. • Děti si potřebují vše samy vyzkoušet. A to každé z nich. Předvádění pokusů se tak může časově hodně natáhnout. • Opakování pokusů mají děti rády, prakticky každý pokus před nimi můžete předvést několikrát a stále je baví.

6

• Pro děti je svět kouzelný. Neexistují v něm principy a zákony a možné je prakticky všechno. Fyzika a kouzla jsou v dětských očích totožné a my jim můžeme dát představu toho, že všechna kouzla, která vídají v reál ném životě, jsou vlastně jen fyzikou, kterou každý kouzelník musí znát. Postupně tak můžeme stírat představu kouzel a nahrazovat ji fyzikou. • Největším problémem dětí při chápání jednoduchých věcí kolem nás je neschopnost abstrakce, kterou děti získávají až v pozdějším věku. Experimenty proto musí být velmi názorné a jít po drobných krocích ke své podstatě. • Při práci s malými dětmi jsme postupně přestali mít vysoké cíle na jejich chápání experimentů a uvědomili si, že to, co jim naše experimenty dávají, není chápání fyziky, ale zkušenost. To, že si mohou věci osahat, vyzkoušet a udělat samy, v nich zanechá dobrý pocit, na který si při pozdější výuce fyziky snad jednou vz pomenou. To, že se u experimentů baví a že u nich mohou zažít pocit pochopení, je důležitější než stovky naučených vzorečků bez jejich skutečného pochopení. • Experimenty dětem nejen přibližují fyziku, ale dávají jim též možnost popisovat neznámé věci a děje vlastními slovy. I proto s dětmi při našich vystoupeních neustále mluvíme a snažíme se je ponoukat k tomu, aby vše, co vidí, popisovaly.

Koktejl O čem pokus je? Být dobrým barmanem není povoláním, ale uměním. I děti si mohou v parných letních dnech dopřát osvěžující nealkoholický koktejl. Koktejl, který si namícháme dnes, nemá sice nejlepší chuť, ale jistě bude tím nejbarevnějším, jaký jste kdy viděli. -> různé hustoty látek

Nalévání jednotlivých kapalin do koktejlu

Co k pokusu potřebujeme? • sklenici • vodu, kečup, olej, med, líh, … • potravinářské barvivo Podmínky k pokusu Čistá dostatečně velká sklenice Schéma koktejlu

Postup Do sklenice postupně po stěně (nebo po lžičce) naléváme jednotlivé ingredience našeho koktejlu. Vzhledem k tomu, že každá z uvedených ingrediencí má jinou hustotu, vznikají ve sklenici vrstvy obsahující jednotlivé části koktejlu. Ověřená kombinace kapalin a pořadí nalévání kapalin je následující: kečup, olej, voda, líh. Olej bude zůstávat nad vodou. Koktejl můžeme „dozdobit“ různými pochoutkami z kuchyně, které budou plavat na různé kapalině podle hustoty. Vyzkoušejte jablko, sojové maso, bramboru, bonbóny marshmallow, různou zeleninu a cokoliv vás ještě napadne.

7

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Na celém pokusu vysvětlujeme dětem, co je to hustota. U malých dětí se omezíme na to, co je lehčí a co těžší, ale předškoláci s hustotou už umí pracovat a mají schopnost si i takto abstraktní veličinu představit. V pokusu se uplatňuje Archimédův zákon, který říká, že těleso ponořené do tekutiny je nadlehčováno silou, která je stejně velká jako tíha tekutiny tělesem vytlačená. Tekutinou zde rozumíme jak kapaliny, tak plyny. Tedy Archimédův zákon platí nejen v kapalinách, ale také v plynech. Podle Archimédova zákona, jednoduše řečeno, budou kapaliny s nižší hustotou plavat na hladině kapalin s hustotou vyšší.

Fyzikálněji a obecněji: • je-li hustota (tj. hmotnost jednotkového objemu: jednotkový objem = 1 m3) tělesa větší než hustota okolí, těleso se drží dole • je-li hustota tělesa menší než hustota okolí, těleso stoupá vzhůru • je-li hustota tělesa rovna hustotě okolí, těleso se vznáší

Náměty • Zkuste se dětí zeptat, kde bude plavat malý kus jablka. (Každé jablko plave trochu jinde, podle toho, kolik má v sobě vody.) Jablko se položí na některou z kapalin. Pak se dětí zeptejte, kam spadne velký kus jablka. Většina dětí si bude myslet, že velké jablko bude níž než malý kus jablka. Oba kusy ale budou plavat na stejné hladině, protože jsou stejně hustá. V tomto okamžiku děti vidí, co je to hustota. Jablko velké jako dům by plavalo na stejné hladině, nejde totiž o to, jak je těžké, ale jak je husté, tedy z jakého je materiálu. • Čiré kapaliny je možné obarvit potravinářským barvivem, aby byl koktejl co nejbarevnější. • Pokus můžeme doplnit pokusem s rozinkami a karteziánkem, viz další dva samostatné pracovní listy. • Výše popsaný pokus by fungoval i s plyny. Ostatně, možná jste slyšeli o případu, kdy lidé nebo zvířata zemřeli po výronu CO2 ze sopečného průduchu. Oxid uhličitý má větší hustotu, než je hustota vzduchu, a proto se drží při zemi. Zvířata či lidé, kteří se jej nadýchali, se udusili. Stejně tak auta na LPG nesmí jezdit do pod zemních garáží, protože palivová směs propan-butanu je těžší než vzduch a v případě nehody by se v pod zemní garáži mohli lidé snadno udusit.

Kankán rozinek O čem pokus je? Tanec je něco, co je s námi lidmi bytostně spjaté. Tancují stařečkové, puberťáci a dokonce i ti nejmenší cvrčkové ve školkách trsají na besídkách jako o život. Představte si ale, jak to vypadá, když to rozjedou takové rozinky. A k tomu nepotřebují ani kapelu. Rozinkám k tanci stačí další kuchyňští pomocníci: ocet a soda nebo sycená limonáda. -> změna hustoty přímo před očima Schéma pokusu – rozinky stoupají na hladinu a vzápětí klesají

Co k pokusu potřebujeme? • nádobu na vodu • vodu • ocet a jedlou sodu • sycenou sodovku • rozinky, případně další sušené ovoce

Podmínky k pokusu • bez zvláštních podmínek

8

Postup Varianta 1: Do průhledné nádoby nalijeme vodu a několik polévkových lžic octa a následně nasypeme rozinky. Poté přisypeme jednu lžičku jedlé sody. Ve sklenici se okamžitě začnou tvořit bublinky, které se budou postupně nabalovat na rozinky (jde o výsledek reakce octa a jedlé sody, při níž se uvolňuje oxid uhličitý, CO2). Bublinky začnou rozinky vynášet na hladinu, kde ovšem utečou do vzduchu a rozinka klesne opět ke dnu. Celý proces se chvíli opakuje. Dejte pozor, aby vám kapalina nepřebublala, reakce je občas bouřlivější. Varianta 2: Jednodušší obdoba pokusu je se sycenou sodovkou. Stačí sodovku nalít do průhledné sklenice, přisypat pár rozinek a sledovat, jak se na rozinky opět nabalují bublinky oxidu uhličitého, rozpuštěného v limonádě. Celý tanec může trvat i pár minut.

Schéma pokusu – rozinky stoupají na hladinu a vzápětí klesají

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Vlivem chemické reakce mezi octem a jedlou sodou se začne uvolňovat oxid uhličitý, který se v podobě bublinek zachytí na zvrásněném povrchu rozinek. Rozinky jsou díky bublinkám CO2 nadlehčeny a vyplavou na hladinu. Na hladině ovšem prasknou a rozinka opět klesne ke dnu. Proces se opakuje, dokud probíhá reakce a na povrchu rozinek tak mohou ulpívat bublinky plynu. Obdoba pokusu se sodovkou je postavena na tvorbě bublinek z rozpuštěného oxidu uhličitého v sycených limonádách. Věřte nebo ne, ale objem oxidu uhličitého po jeho zplynění je často větší než celý objem limonády. Opět se zde setkáváme s Archimédovým zákonem, stejně jako u karteziánka nebo koktejlu. Tělesa s hustotou větší, než je hustota vody, klesají, ta s menší hustotou plovou na hladině. Hustotu si lze představit jako hmotnost tělesa o daném objemu. Tedy pro stejné objemy těles je rozhodující jejich hmotnost. Proto lze s dětmi zjednodušeně mluvit o tom, že existují tělesa lehčí nebo těžší než voda.

Náměty Pokus můžete vyzkoušet i s jiným druhem sušeného ovoce, případně mixem sušeného ovoce.

Karteziánek O čem pokus je? Hrátky s vodou a tělesy do ní ponořenými. Pokusem demonstrujeme, kdy tělesa ve vodě plavou nebo se potopí, hrajeme si s tím, že dokážeme stlačit vzduch, ale už se nám to nedaří s vodou. Děti si samy mohou přímo vyzkoušet, proč na vodě některé věci plavou a jiné se potopí a proč lodě ze železa plavou, ale železná lžička se potopí. Pokus s karteziánkem

-> vaše osobní malá ponorka, jak funguje?

Fyzikálně demonstrujeme platnost Archimédova zákona, nestlačitelnost vody a stlačitelnost vzduchu.

Co k pokusu potřebujeme? • PET láhev s uzávěrem zbavenou všech nálepek (na velikosti nezáleží) • zkumavku (zkumavku můžeme pokreslit nebo na spodek přilepit izolepu či omotat drátek pro lepší viditelnost ve vodě. Zároveň tím zkumavku na spodku zatížíme a lépe se s ní pracuje.) • vodu

9

Podmínky k pokusu PET láhev musí být zbavená viněty, aby byl pokus pozorovatelný. Přístup k vodě.

Jak pokus vypadá? Karteziánek je zkumavka, obrácená otvorem dolů, plovoucí v PET láhvi naplněné vodou. Zkumavka je naplněná vodou jen z části, v její horní polovině je bublinka vzduchu. Když PET láhev zmáčkneme, karteziánek se ponoří až ke dnu. Potom, co láhev pustíme, se karteziánek opět vynoří.

Postup PET láhev naplníme vodou až po okraj. Karteziánka/zkumavku vložíme do láhve. Doporučujeme zkumavku naplnit vodou celou, ponořit její otvor do láhve a postupně bublinkami vpouštět do zkumavky vzduch. Ze zkušenosti (závisí však na tíze zkumavky) je třeba nechat ve zkumavce třetinu vody a dvě třetiny vzduchu. Láhev zavřeme uzávěrem.

Princip potápění a vynořování karteziánka

Správně vyvážený karteziánek by měl po stisknutí láhve klesnout ke dnu a při uvolnění stisku stoupnout vzhůru. Správně vyváženého karteziánka dokáže ovládat i malé dítě svým jemným stiskem rukou. S dětmi pozorujeme, kde se karteziánek nachází a kolik je v něm vody. Při stisku láhve se uvnitř láhve zvýší tlak, vzduch uvnitř zkumavky se stlačí a na jeho místo se nahrne voda. S povolením stisku stoupá vzhůru, protože se vzduch opět roztáhne do původního objemu a vodu vytlačí zase zpět, viz obrázky.

Fyzikální vysvětlení V pokusu se uplatňuje Archimédův zákon – těleso ponořené do tekutiny je nadlehčováno silou, která je stejně velká jako tíha tekutiny tělesem vytlačená – a vlastnosti kapalin a plynů. V tomto případě tedy platí, že hloubka, do které se těleso ponoří, závisí na hustotě kapaliny a ponořeného tělesa. Mohou nastat tři případy: • Hustota tělesa ponořeného do kapaliny je větší než hustota kapaliny –těleso klesá ke dnu. • Hustota tělesa je menší než hustota kapaliny – těleso plove. • Hustota tělesa je srovnatelná s hustotou kapaliny, do níž je těleso ponořeno – těleso se v kapalině vznáší. Voda je na rozdíl od vzduchu téměř nestlačitelná, tzn. že stiskem ruky se voda nestlačí, ale zvýší se tlak v celém jejím objemu. Voda stlačí vzduch v karteziánkovi a „uvolněné“ místo ve zkumavce sama vyplní. Karteziánek má pak hustotu větší, než má okolní voda, a klesá ke dnu.

Náměty • Děti při pohledu zblízka mohou sledovat, jak se při stlačení láhve voda dostává do karteziánka. Je velmi vhodné děti upozornit na to, že vzduch z karteziánka nikam neuniká, protože to bychom museli ve vodě pozorovat bubliny, které by z něj unikaly. Děti jsou tedy tak silné, že dokáží vlastními silami stlačit vzduch uvnitř. Toto uvědomění je moc baví a snaží se stlačovat karteziánka co nejvíce. Důležité je jim v tu chvíli říct, že vodu stlačit nemohou, stlačují pouze vzduch. • Následně se s dětmi dá jít k vodě nebo k umyvadlu s vodou, klást na hladinu různé předměty a sledovat, jestli plavou nebo se potápí, tedy jestli jsou těžší nebo lehčí než voda (co je hustota jim v tuhle chvíli ještě nejsme schopni předat). Předměty mohou být různé – ideální je sklenice s uzávěrem, kterou dáváme do vody různě plnou. Naplněná jen vzduchem by měla plavat, čím více vody připouštíme, tím níže klesá. To samé se dá dělat s nafouknutým balónkem a balónkem naplněným vodou (případně zčásti naplněným vodou a zčásti vzduchem). Fantazii se meze nekladou, děti si mohou na balónky nakreslit rybičky a vytvořit si vlastní akvárium, ve kterém rybičky plavou v různých hladinách vody. • Na stejném principu jako potápění a stoupání karteziánka funguje potápění a vynořování ponorek. Chce-li se ponorka ponořit, stlačí vzduch v nádržích a do „uvolněného“ místa napustí vodu. Naopak, při vynořování vypustí potřebnou část vody z nádrží. • Také ryby, jako např. kapr, se potápí na stejném principu. Tyto ryby mají plynový (plovací) měchýř a změnou objemu plynu v měchýři ryba buď klesá, nebo stoupá. Plyn se do/z měchýře dostává z/do krve ryb.

10

Horkovzdušný balón O čem pokus je? Strávit pět neděl v balónu, to by byly prázdniny! Dnes to je lehké, zaplatíme si letenku a můžeme letět téměř kdykoli a kamkoli. Byly ale doby, kdy jste si pro prožití dobrodružství v gondole balónu museli balón nejprve sami postavit. Zkusíte to také? -> teplý vzduch stoupá vzhůru

Co k pokusu potřebujeme? • igelitový pytlík na minimálně 60 litrů – co nejtenčí = nejlehčí • gumičku • roličku od toaletního papíru • fén nebo horkovzdušnou pistoli

Podmínky k pokusu • Přístup k zásuvce na připojení fénu; případně znalost ovládání horkovzdušné pistole.

Postup Horkovzdušný balón

Otevřenou část sáčku připevníme pomocí gumičky k ruličce od toaletního papíru. Rulička slouží jako vstupní otvor pro vhánění teplého vzduchu do balónu.

Fén nebo horkovzdušnou pistoli (ta je účinnější) přiblížíme k ruličce a do igelitového pytlíku vháníme teplý Obr. 1: vzduch. Jakmile je „balón“ naplněn horkým vzduchem, rulička se oddělí od pytlíku, gumička však zůstane Nafukov a stáhne a zatíží jeho spodek – balón se vznese.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) S větou „teplý vzduch je lehčí a proto stoupá“, se setkal asi každý z nás, když se mluvilo o tetelícím se vzduchu nad rozpálenou asfaltovou silnicí nebo nad rozehřátými kamny. Nejde o nic jiného než o platnost Archimédova zákona (viz pokus s koktejlem), který ve výsledku říká, že hustší látky klesají v látkách s menší hustotou a naopak. Zahříváme-li vzduch, zároveň ho rozpínáme, zvětšujeme jeho objem. Horký vzduch je tedy oproti chladnému řidší a stoupá vzhůru. ání rukavice

Postup při naplňování balónu teplým vzduchem

Náměty

Pro náš případ horkovzdušného balónu musí platit, že jeho celková hustota – hustota pytlíku, hustota horkého vzduchu uvnitř a hustota gumičky musí být menší než hustota okolního vzduchu. Teprve potom se může balón vznést. Obr. 1: Nafukov

• Gumička slouží také k zatížení dna balónu, aby se neotočil a teplý vzduch z něj rychle neunikl. • Když se balón vznese, zeptejte se dětí, jestli bude létat pořád, nebo zase spadne. Zkuste také děti nechat přemýšlet nad tím, proč tomu tak je. Není to tím, že by se vzduch z balónu vyfoukl, ale protože se zase ochladí od okolního vzduchu, čímž se zvýší jeho hustota a balón klesne k zemi. • Se staršími dětmi můžete vyzkoušet vyrobit velký horkovzdušný balón z hedvábného papíru nebo igelitových sáčků slepených dohromady. • POZOR při práci s horkovzdušnou pistolí! Je velmi horká a je hned druhou nejčastější příčinou úrazu v ÚDiFu. Ráda také pálí přiložený horkovzdušný balón.

ání rukavice

11

Nafouknutí rukavice teplým vzduchem O čem pokus je? Kouzla a tajemno má rád asi každý z nás. Tajemství nás láká, abychom jej odhalili. Jenže vědění nejsou žádné čáry. A díky znalostem můžeme odhalit, proč se balónek nebo rukavice nafukují, aniž bychom do nich foukali. -> vzduch se teplem rozpíná

Co k pokusu potřebujeme? • gumovou rukavici nebo nafukovací balónek • skleněnou láhev


Postup Na hrdlo skleněné láhve připevníme (např. gumičkou) gumovou rukavici nebo nafukovací balónek. Láhev zahřejeme fénem nebo ji ponoříme do teplé vody. Rukavice, resp. balónek se po chvilce začne zvedat a nafukovat.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Vzduch, který je uvnitř láhve, je v ní uvězněný rukavicí. Když jej začneme zahřívat, rozpíná se a začne rukavici či balónek nafukovat.

Nafukování rukavice

Náměty Pokus jde samozřejmě provést i s PET láhví, ale u té mohou mít děti námitky, že se láhev teplem zdeformovala a sama zmenšila svůj objem. Se skleněnou láhví je proto pokus pro děti uvěřitelnější. Na pokus dobře navazuje poskakování mincí na láhvi, které si děti mohou zkusit zcela samostatně. Gumová rukavice je pro pokus vhodnější. Postup při nafukování balónku

Poskakování mincí Obr. 1: Nafukov

O čem pokus je? Děti většinou rády vaří. Hezky všechny ingredience promíchat, proňahnat a prohňácat a pořádně se při tom zamazat. Nakonec to všechno promíchané a proňahnané dát do hrnce a sledovat, jak se to na plotně vaří a bublá, až poklička na hrnci poskakuje. Vyzkoušejme si to, a navíc bez obav, že bychom se spálili. -> rozpínání vzduchu vlastním teplem

Co k pokusu potřebujeme? • minci o velikosti minimálně shodné s velikostí hrdla láhve • skleněnou láhev ání rukavice

Podmínky k pokusu • přístup k vodě

Postup Hrdlo skleněné láhve natřeme vodou a položíme na něj minci – je důležité důkladně utěsnit vodou spoj mezi láhví a mincí. Láhev zahříváme přiložením rukou (případně dáme láhev do horké vody).

12 Obr. 1: Nafukov

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Experiment opět ukazuje rozpínání vzduchu ve chvíli, kdy jej zahříváme. Každý ví, že teplý vzduch stoupá vzhůru, ale málokdo již umí říct proč. Teplý vzduch stoupá vzhůru, protože se rozpíná, zvětšuje svůj objem a tím snižuje svou hustotu. ání rukavice

Pokus se skákající mincí

Náměty

Schéma pokusu

Děti mohou zkoušet pokus samy, mají ale tendenci láhev ručičkami mačkat a hodně s ní drcat, což způsobí netěsnosti mezi mincí a láhví. Je třeba jim u toho hodně pomáhat a říkat, co mají sledovat – poskakující minci. Pokus je třeba udělat hned napoprvé dobře. Chceme-li pokus opakovat, musíme počkat, až láhev opět vychladne.

Plamen svíčky a CO2 O čem pokus je? Zhasnutí plamene svíčky pouhým nakloněním prázdné sklenice vypadá jako kouzlo, při němž neviditelná tekutina vytéká z kádinky a zháší plamen svíčky. A toto kouzlo můžeme dětem nejen ukázat, ale také je ho naučit.

Obr. 1: Nafukov

-> pozorujte s dětmi vlastnosti průhledného plynu oxidu uhličitého Co k pokusu potřebujeme? • 2 větší sklenice nebo širší kádinky • čajovou svíčku, zápalky • kyselinu citronovou, jedlou sodu, vodu

Podmínky k pokusu ání rukavice Zhasnutí plamene pomocí CO2

• bez zvláštních podmínek

Postup

Postup přípravy a provedení pokusu Obr. 1: Nafukov

V jedné sklenici si připravíme oxid uhličitý, a to smícháním kyseliny citronové, vody a jedlé sody. Do druhé sklenice vložíme čajovou svíčku, kterou následně zapálíme. Oxid uhličitý, který zaplnil celou sklenici, přelijeme do sklenice se svíčkou (snažíme se při tom nevylít vodu na dno sklenice). Svíčka zhasne.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Chemickou reakcí kyseliny citronové (resp. octové ve formě octa) a jedlé sody krom jiného vznikne oxid uhličitý (CO2), který má větší hustotu než vzduch a drží se u dna nádoby. ání rukavice

Hoření je proces oxidace, tedy je k němu třeba přítomnost okysličovadla, v našem případě kyslíku, který je zastoupen ve vzduchu, a který potřebujeme pro život. Přelitím oxidu uhličitého do nádoby s hořící svíčkou se těžší oxid uhličitý dostává na místo vzduchu, který je vytlačen nad něj (vzpomeňte si na pokus s koktejlem). Tím se plamenu přestane dostávat přísunu kyslíku a plamen zhasne. Dětem ukazujeme, že kromě vzduchu, který znají, existují kolem nás plyny, které na první pohled od vzduchu nepoznáme. Vzduch tyto plyny obsahuje, ale samostatně mají své specifické vlastnosti. Oxid uhličitý je průhledný plyn bez chuti a zápachu, který se často používá v hasicích přístrojích. Děti se s ním nevědomky setkávají v sycených limonádách a je také součástí plynů vzniklých při hoření.

13

Náměty K pokusu je možné použít jak octa, tak kyseliny citronové. Zkušenost ukazuje, že pro tento typ pokusů je vhodnější kyselina citronová. Pokud bychom nesehnali jedlou sodu, lze ji nahradit kypřícím práškem. Do kádinky s oxidem uhličitým můžeme strčit zapálenou špejli, která okamžitě přestává hořet, což je důkazem přítomnosti oxidu uhličitého. S oxidem uhličitým ovšem není pouze zábava, ale je pro člověka a zvířata velmi nebezpečný, obzvláště v kanálech. Určité množství oxidu uhličitého v dýchaném vzduchu člověk snáší bez potíží, při vyšší koncentraci se dostavují závratě a zvracení, s rostoucí koncentrací se nebezpečí zvyšuje, přichází bezvědomí a nakonec smrt. Při koncentraci 20 % (mimochodem zhruba stejně je ve vzduchu zastoupen kyslík) se člověk okamžitě zhroutí a smrt nastává do 5 minut. Vysoké koncentrace CO2 se proto užívá na jatkách k tzv. humánnímu usmrcení prasat.

Instantní balónek O čem pokus je? Tati, nafoukni mi, prosím, balónek, žadoní často děti. A my rodiče jim rádi vyhovíme. Nafoukneme první, druhý, třetí, a někteří z nás možná zvládnou ještě pár dalších. Po sedmém se ale cítíte, jako byste vyšplhali na Mount Everest nebo alespoň na Milešovku. Děti, chtěly byste si nafouknout balónek samy a necítit se při tom jako po horské túře? Je to jednoduché, stačí umět trochu míchat. -> jaké množství CO2 při reakci vzniká

Co k pokusu potřebujeme? • nafukovací balónek • kyselinu citronovou • jedlou sodu • PET láhev


Nafouknutí balónku pomocí CO2 Postup provedení pokusu

Postup Do PET láhve nasypeme kyselinu citronovou (1 polévkovou lžíci) a nalijeme trochu vody; zamícháme. Do balónku nasypeme stejné množství jedlé sody a balónek nasadíme na hrdlo láhve. Obsah balónku přesypeme do láhve. Po krátké době se balónek začne nafukovat.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Reakcí kyseliny citronové a jedlé sody vzniká krom jiného i plynný oxid uhličitý (CO2). Vzhledem k tomu, že láhev není otevřená, tlak v nádobě roste a plyn se rozpíná do balónku, který se díky tomu, že je z pružného materiálu, napíná – nafukuje.

Náměty Pokus mohou děti vyzkoušet i s dalšími ingrediencemi, např. octem a kypřícím práškem nebo s droždím rozmíchaným ve vlažné vodě. Pokud budete zkoušet pokus s droždím, připomeňte dětem, že plyn, který nafukuje balónek, stojí i za dírkami ve střídce chleba a bez něj by chléb nebo jiné kynuté těsto nebylo tak nadýchané.

14

Kouzla s limčou O čem pokus je? Limči plné chemických barviv nejsou ničím zdravým a vhodným pro děti. Nedaly by se tyto nápoje využít k něčemu užitečnému? Odpověď zní ano! Máte chuť si limčou nafouknout pěkný pouťový balónek? Tak pojďme na to! -> v limonádách je velké množství oxidu uhličitého

Nafouknutí balónku sycenou limonádou

Schéma postupu pokusu

Co k pokusu potřebujeme? • sycenou (to je podstatné) limonádu, čerstvě otevřenou • sůl • balónek


Postup Do prázdného balónku nasypeme kuchyňskou sůl, čím více, tím lépe. Balónek připevníme na hrdlo čerstvě otevřené sycené limonády, sodovky nebo minerálky. Sůl vsypeme do minerálky. Balónek se začne plnit oxidem uhličitým a začne se nafukovat.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Při sypání soli do limonády se uvolňuje oxid uhličitý (CO2) vázaný ve vodě. Uvolněný plyn má velký objem, tlak roste a plyn se rozpíná do balónku, který se díky tomu, že je z pružného materiálu, nafukuje. Celá limča takto vybublá do balónku a děti mohou vidět, kolik CO2 v ní ve skutečnosti je. CO2 se do limonády vejde proto, že se vtěsná mezi jednotlivé molekuly vody. I v obyčejné vodě je takto běžně rozpuštěný vzduch, u limonády se tomu ale pomáhá zvýšením tlaku uvnitř.

Náměty S dětmi můžete porovnávat, jak moc jsou sycené jemně perlivé a perlivé minerálky a jak je na tom jejich oblíbená Coca-Cola. Při pokusu dejte pozor, aby Vám limča nevytekla z balónku, tlak se uvnitř zvýší poměrně rychle a balónek je dobré u hrdla PET láhve jistit rukou.

15

Sopka

Vytvořený model sopky

Schéma sopky

Řez skutečnou sopkou

O čem pokus je? K činné sopce není radno se příliš blízko přibližovat. Ovšem bezpečný pohled na soptící vulkán je dech beroucí. Děti si mohou vlastními silami vytvořit bezpečný, jednoduchý a fascinující model sopky.

Co k pokusu potřebujeme? • hladkou mouku, sůl a vodu • PET láhev – velikost udává velikost sopky i množství mouky k její výrobě • 1 pytlík kyseliny citronové • 1 pytlík jedlé sody • červené potravinářské barvivo • jar • podložku • 2 skleničky • vodu

Podmínky k pokusu • přístup k vodě • oblečení, kterému nevadí ušpinění (děti se při tomto pokusu mohou snadno zašpinit)

Postup PET láhev bude sloužit jako jícen sopky. Kužel sopky nechte děti vyrobit z těsta – smícháme vodu, sůl a mouku tak, aby těsto bylo hodně tuhé a nestékalo posléze po PET láhvi. Soli stačí půl skleničky, její přítomnost těsto více ztuží. Sopku vyrábíme na podložce tak, že PET láhev obalíme těstem, a vyzdobíme si ji dle libosti. Jako další krok si v láhvi vyrobíme magma. Nejprve si ve skleničce rozmícháme jedlou sodu s vodou, přisypeme trochu červeného barviva pro charakteristickou barvu magmatu a přidáme několik lžic jaru. Vše nalijeme opatrně do „jícnu“ (do hrdla láhve). Ideální je zaplnit láhev tak z jedné třetiny. V jiné skleničce rozpustíme kyselinu citronovou v troše vody. Kyselinu citronovou přilijte do jícnu a pozorujte lávu unikající ven ze sopky.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Chemickou reakcí kyseliny citronové (resp. octové ve formě octa) a jedlé sody krom jiného vznikne oxid uhličitý (CO2), který se začne uvolňovat do saponátu smíchaného s červeným barvivem; vznikne pěna, která začne hrdlem PET láhve vyvěrat. Iluze vyvěrající lávy je velmi věrná. Jak vypadá sopka uvnitř, ukazuje obrázek. Magma se říká rozžhavené hornině uvnitř sopky. Magma, které vytéká na povrch, se nazývá láva.

Náměty • K pokusu je možné použít místo kyseliny citronové ocet. Reakce s octem je méně bouřlivá a urychlíme ji, použijeme-li teplou vodu. Obecně se nám vždy lépe pracovalo s kyselinou citronovou, která i méně zapáchá. Pro tento typ pokusů je tedy vhodnější kyselina citronová.

16

• Pokud bychom nesehnali jedlou sodu, lze ji nahradit kypřícím práškem. Reakce je pak opět méně bouřlivá. • Ingredience je vhodné lít do PET láhve pomocí trychtýře. • Dejte pozor na bouřlivost reakce. Je třeba si vyzkoušet, co přesně vaše směs ingrediencí dělá – někdy jde jen o pomalé bublání a vytékání ze sopky, někdy je reakce schopná lávu doslova vychrlit ze sopky ven, a to i poměrně vysoko. Závisí zde hlavně na tom, jak úzké hrdlo PET láhev má – čím je hrdlo užší, tím výše může láva chrlit. Vysokému chrlení také dopomáhá vyšší koncentrace ingrediencí a více naplněná PET láhev. • Pozor dejte také na červené barvivo. Některá barviva jdou velmi špatně prát. Pokus proto dělejte venku nebo na stolech zakrytých igelitem. • S dětmi si povídejte o tom, jestli už někdy viděly v televizi výbuch sopky, nakreslete jim, jak sopka vypadá uvnitř: po skončení aktivity si samy mohou výbuch sopky namalovat. Nebojte se používat slova jako magma, láva nebo jícen, děti vše velmi dobře vstřebají a cizí názvy je velmi baví.

Lávová lampa O čem pokus je? Hrát si s lávou ze sopky není vůbec bezpečné, přesto s naší lávovou lampou si mohou hrát dokonce i děti, a nejen to – mohou si ji i samy vyrobit.

Co k pokusu potřebujeme? • sklenici na vodu • potravinářským barvivem obarvenou vodu (2/5 objemu nádoby) • olej (3/5 objemu nádoby) • šumivé tablety (jedno jaké) Lávová lampa

Znázornění principu stoupání a klesání rozinek


Postup Do nádoby nalijeme nejdříve vodu obarvenou potravinářským barvivem (obarvíme v jiné nádobě) a pak přilijeme olej. Lijeme jej tak, aby se s vodou nesmíchal. Do nádoby vhodíme 1/4 šumivé tablety. Jakmile reakce začne ustávat, lávovou lampu k dalšímu životu probudí další kousek šumivé tablety.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Chemickou reakcí kyseliny citronové a jedlé sody, které jsou obsaženy v šumivé tabletě, krom jiného vznikne oxid uhličitý (CO2). S oxidem uhličitým stoupají k hladině i kapičky obarvené vody, která je jimi doslova obalená. Opět se zde uplatňuje Archimédův zákon. Jakmile se CO2 a kapičky vody dostanou na hladinu, CO2 se uvolní do vzduchu, voda se stane těžší než olej a začne klesat ke dnu, zde se opět zachytí oxid uhličitý a celý proces se opakuje. Až to bude vypadat, že reakce skončila a probublávání ustává, stačí do nádoby vhodit další část šumivé tablety. V pokusu využíváme Archimédova zákona. Voda má větší hustotu (je těžší) než olej, proto se olej drží nad vodou. Kapičky vody a CO2 mají průměrnou hustotu nižší než voda a dokonce i než olej, proto se pohybují v obou kapalinách vzhůru. Poté co se oxid uhličitý na hladině oleje uvolní do vzduchu, hustota samotné vodní kapky bude větší než hustota (hmotnost) oleje a kapky klesají ke dnu. Obr. 3: Nab•ra•ka na mince z kanceláYské sponky

17

Náměty Ze začátku vhazujeme opravdu malé kousky šumivé tablety. Děti budou jistě chtít do lávové lampy přidávat větší kousky tablety. Mohou to klidně vyzkoušet, ale poznají, že reakce je pak příliš bouřlivá a není zdaleka tak hezká. Při opakování pokusu se sklenice smáčí obarvenou vodou a ta postupně vytvoří na sklenici povlak, který krásu pokusu kazí. Několikáté opakování proto už není tak hezké a je potřeba použít novou čistou sklenici. Místo sklenice je možné použít i průhledný kelímek.

Vodoměrka I.

1.

Obr. 3: Nab•ra•ka na mince z 2. kanceláYské sponky

Prohnutí hladiny

Vydutí hladiny při vkládání kancelářských sponek

3. 4. Obr. 3: Nab•ra•ka na mince z kanceláYské sponky Vydutí hladiny ve sklenici s vodou Naběračka na mince z kancelářské sponky

O čem pokus je? Chození po vodě patří k těm činnostem, které jsou lidem odepřeny. Dokonce svatý Petr se o to jednou pokusil a málem se utopil. Jinak je na tom taková vodoměrka, která si po vodě kráčet klidně může. Následující pokusy dětem mohou ukázat, že i tělesa hustější (těžší) než voda mohou na její hladině za určitých podmínek plavat. -> vyzkoušejte si hrátky s povrchovým napětím 3: Nab•ra•ka na mince z kanceláYské sponky Co k pokusůmObr. potřebujeme?

Pokus č. 1: • misku s vodou • staré drobné mince: 10, 20, 50haléřové mince • kancelářské sponky • „naběračka“ ze sponky

Obr. 3: Nab•ra•ka na mince z kanceláYské sponky

Pokus č. 2: sklenice s vodou cca 300 kancelářských sponek

Podmínky k pokusu přístup k vodě

Postup Pokus č. 1: Dětí se nejprve zeptejte, co se stane s mincí, když ji dáme do vody. Intuitivně si budou myslet, že se potopí. To jim také ukažte a minci nechte potopit ve vodě. Pak to ale zkuste opatrně a položte minci na hladinu vody tak, aby se nepotopila. Pokládání si můžeme usnadnit s pomocí „naběračky“ ze sponky (viz obr. 4) nebo pomocí dřívka od nanuku, který ve třetině zlomíme do pravého úhlu. Vodní hladina mince udrží a můžeme pozorovat, jak se hladina kolem mince prohne (na což děti upozorníme). Pokud dáme do misky více mincí a přiblížíme je k sobě na vzdálenost kolem půl centimetru, nastane zajímavá situace: mince se k sobě přitáhnou. Na hladinu vody můžeme pokládat i kancelářské sponky, s nimi je manipulace výrazně jednodušší.

18

Pokus č. 2: Skleničku naplníme vodou až po okraj. Zeptejte se dětí, kolik kancelářských sponek se podle nich vejde do vody, aniž by voda ve sklenici přetekla (jejich tipy se budou nejspíše pohybovat kolem několika desítek). Potom opatrně vkládejte kancelářské sponky tak, abyste s hladinou vody co nejméně hýbali. (Nám se jich do vody podaří potopit většinou něco kolem 250. Třeba nás překonáte.) Sledujte s dětmi hlavně okraje hladiny vody, jak se zakulacují, ale stále ne a ne se překulit přes okraj sklenice. Za dobrých podmínek může voda ze sklenice téměř „viset“.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Povrch kapaliny se díky silám, které působí mezi jejími jednotlivými molekulami a molekulami vzduchu, chová jako pružná blána, viz obr. 1. Povrch hladiny se pak díky těmto silám chová tak, že se snaží být co možná nejmenší. Proto se kapičky vody uskupují do kulatých tvarů, protože tak je jejich povrch nejmenší. Pokud bychom chtěli povrch kapičky zvětšit, třeba z ní udělat krychličku, museli bychom jí dodat energii. Stejně tak pokud chceme, aby se kapička vody odtrhla od vrchovaté hladiny vody ve sklenici, musí k tomu mít dostatek energie – v tomto případě musí být dostatečně nahnutá přes okraj. V pokusu s mincemi položenými na hladině vody jde o stejný případ. Mince drží na hladině snaha povrchu vody být co nejmenší. Mince povrch hladiny prohýbá a tak její povrch zvětšuje. Tomu se hladina snaží zabránit a nepustí minci níž, tak, aby se potopila. Aby se mince potopila, musí být dostatečně těžká nebo působit na hladinu vody menším povrchem: to se děje ve chvíli, kdy minci položíme na hladinu hranou. Známý pojem „povrchové napětí“ je jednoduše vlastnost látky, stejně jako například hustota nebo barva. Čím větší je povrchové napětí kapaliny, tím těžší mince udrží na svém povrchu, případně tím více sponek můžeme ponořit do sklenice, aniž by kapalina přetekla. Kapalina s větším povrchovým napětím také tvoří kulatější kapičky. Zajímavé je, že z běžných kapalin kolem nás má právě voda největší povrchové napětí, větší má už jen rtuť. Jde tedy o další prvenství a jakousi anomálii vody.

Náměty • Vyzkoušejte si i další pokusy s povrchovým napětím, uvedené níže. • Pokud budou děti dobře navnaděné a budou si chtít trochu hrát, je možné jim pokus s mincemi poněkud rozšířit. Můžete vyzkoušet, kolik mincí hladina „udrží“. Jako zajímavost je možné uvést, že kdyby se chtěl na vodní hladině udržet dospělý člověk, vážící 80 kilogramů, musela by jeho chodidla mít obvod zhruba 5,5 kilometru. • S dětmi si můžete povídat o kapičkách vody a jejich tvaru, který je opravdu kulatý. (Jeho aerodynamické ztvárnění v pohádkových knížkách je velmi nadnesené, k zemi padající kapičky jsou opravdu svým tvarem velmi blízké kouli.) • V přírodě můžete dětem ukázat vodoměrku, která může klouzat po hladině právě jen díky velkému povrchovému napětí vody.

Vodoměrka II. O čem pokus je? Vodoměrka uzpůsobila svůj životní styl pobíhání po vodě jen díky jedné charakteristické vlastnosti vody – jejímu velkému povrchovému napětí. Že by se jí to na jiné kapalině tak dobře nedařilo ukazuje několik následujících pokusů. -> vyzkoušejte si, jak vypadá rozdílné povrchové napětí různých kapalin

Rozestoupení pepře po vkápnutí kapky saponátu

19

Co k pokusům potřebujeme? Pokus č. 1: • papír • vodu • jar • injekční stříkačky z lékárny (jsou levné a hodí se Vám na mnoho dalších pokusů) • líh, olej a jakékoliv další kapaliny, které najdete Pokus č. 2: • misku s vodou • pepř • jar (saponát) Pokus č. 3: • miska s mlékem • potravinářské barvivo • jar Pokus č. 4: • tvrdý papír • miska s vodou – čím větší, tím lepší • nůžky • jar


Postup Pokus č. 1: Podívejte se společně s dětmi na to, jak vypadají kapičky různých kapalin. Vytvoří stejně pěkné kapičky, nebo se bude každá chovat trochu jinak? Děti si jistě samy někdy v kuchyni všimly zvláštních rozdílů mezi vodou, olejem nebo octem. Pokus provedete tak, že na papíře nebo jiné podložce budete injekční stříkačkou vytvářet maličké kapičky různých kapalin. Nasnadě je voda, ocet, alkohol, olej, nebo voda s jarem. Kapičky zkuste vytvářet stejně velké a sledujte, co se bude dít. Voda by měla vytvořit velmi kulatou kapičku, kdežto ostatní látky se více či méně rozpliznou po podložce. Pokud máte jen jednu injekční stříkačku, snažte se ji pro každou kapalinu udržet čistou, aby se vám kapaliny nesmíchaly. Pokus č. 2: Tento pokus zvládnou děti samy. Do misky si nalijte vodu, na její hladinu nasypte pepř. Pozor jen, aby si děti s pepřem nehrály a omylem jej nefoukly někomu do tváře. Pepř bude plavat na hladině vody. Pak si prst maličko namočte v jaru a dotkněte se jím hladiny vody s pepřem zhruba uprostřed. Sledujte, jak se pepř okamžitě rozestoupí do krajů misky. Pokus se bohužel nedá moc opakovat a misku je třeba před jeho opakováním znovu vymýt od jarové vody a nalít vodu čistou. Pokus č. 3: Je podobný pokusu č. 2 s tím rozdílem, že místo vody použijeme mléko a místo pepře použijeme potravinářské barvivo. Výsledný efekt je ještě kouzelnější a vypadá to, jako by se fyzika sama snažila o umělecké dílo.

20

Pokus č. 4: Udělejte si s dětmi závody lodiček poháněných změnou povrchového napětí! Vystřihněte si ze čtvrtky lodičky přibližně ve tvaru znázorněném na obrázku. Položte lodičky na hladinu vody do misky. Čím větší miska je, tím dále mohou vaše loďky doplout. Opět namočte prstík v trošce jaru a dotkněte se jím hladiny vody v místě vyříznuté zádi lodičky. Lodička rychle vystartuje dopředu. Nevýhodou je, že před každým dalším závodem lodiček musíte vyměnit vodu v nádobě, protože je již „zašpiněná jarem“. Rozestoupení pepře po vkápnutí kapky saponátu

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Možná nám to už připadá přirozené, ale různé kapaliny dělají po rozlití různě kulaté kapičky. Jako by to některé kapalině šlo lépe a některé hůře. Na vině je rozdílná velikost vlastnosti jejich povrchu – povrchového napětí. Jde o stejně charakteristickou vlastnost pro kapalinu, jako je třeba její hustota. Čím kulatější kapičky je kapalina schopná vytvořit, tím větší má povrchové napětí. Po tomto pokusu můžete jednoznačně říct, že voda má z vyzkoušených kapalin největší povrchové napětí. Jde tedy o její další prvenství a vlastnost, která jistě významně pomáhá životu na Zemi. Co se stane, když se setkají dvě kapaliny s různým povrchovým napětím? To ukazují zbylé tři pokusy. Kapalina s menším povrchovým napětím se rozprostře po větším povrchu hladiny. Přesně to se děje, když na hladinu vody nalijeme jar. Voda s velkým povrchovým napětím se snaží mít co nejmenší povrch a nechá se „zahalit“ jarem. Vše, co bylo na hladině vody (pepř, barvivo i lodičky), se stejně jako povrch vody stáhne k okrajům – místům, kam se jar ještě nedostal.

Náměty • Po skončení pokusů s povrchovým napětím můžete volně přejít na hraní si s bublinami, když už vám ingredience pro výrobu bublifuku leží na stole. • Všechny pokusy z tohoto pracovního listu si děti mohou zkoušet samy pod vaším dohledem. • Lodičky můžete zalaminovat, aby se vám ve vodě rychle nerozmočily.

Vodní ježek O čem pokus je? Pan Pascal by se asi divil, že v dnešní době mu přisuzujeme vlastnictví ježka, na druhou stranu, kdyby ho viděl, měl by z něj určitě radost. Pojďme a sestrojme mu ho také my. -> hrátky s vodou, pokus na ven v parných letních dnech

Co k pokusu potřebujeme? • PET láhev s jednou větší dírou • PET láhev s mnoha malými otvory

Podmínky k pokusu • ideálně venkovní prostor nebo nádoba na zachycení vytékající vody

Láhev s jedním otvorem

Vodní ježek

Postup První část pokusu probíhá s PET láhví, do které nůžtičkami na nehty opatrně udělejte díru. Ukažte ji dětem a zeptejte se jich, co se stane, když láhev naplníte vodou. Jistě se shodnou na tom, že voda otvorem vyteče. Naplňte láhev vodou a ukažte jim, že měly pravdu. A teď pokus obměňte tím, že láhev uzavřete víčkem. Před pokusem nechte opět děti hádat a přemýšlet nad tím, co se stane. Tentokrát voda nevyteče. Můžete děti nechat zamyslet se nad tím, co vodě brání, aby vytekla.

21

Dalším pokusem vytvoříme vodního ježka. Nahřátým špendlíkem uděláme do PET láhve množství otvorů. PET láhev naplníme a uzavřeme uzávěrem. Děti už vědí, že voda takto sama nevyteče. Aby vytekla, musí láhev zmáčknout. Z dírek tryská voda – vypadá to jako ostny ježka nebo spíše dikobraza. Děti by si měly všimnout, že z dírek, které jsou ve stejné výšce, vytéká voda stejnou měrou.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Na díru v zavřené láhvi působí okolní vzduch jako špunt a aby voda vytekla, musí ji něco nahradit. Jinak by v láhvi vznikla prázdnota, vakuum. V uzavřené láhvi ale nemůže vodu nic nehradit, kdežto v otevřené láhvi vodu jednoduše nahradí vzduch z druhého otevřeného konce. Fyzikální příčinou tohoto jevu je okolní atmosférický tlak, tedy tíha vzduchu kolem nás, která má takovou sílu, že vodu u otvoru jednoduše přetlačí. Druhou částí pokusu ukazujeme platnost Pascalova zákona, který říká, že tlak vyvolaný vnější silou, která působí na kapalinu v uzavřené nádobě, je ve všech místech kapaliny stejný. Platnost tohoto zákona je ostatně patrná, když na láhev zatlačíme. Ze všech otvorů vytéká voda stejnou měrou.

Náměty • Tento jev lze demonstrovat také pomocí pokusu se skleničkou, naplněnou vodou a přikrytou tvrdším papírem. Když skleničku obrátíme, papír zůstane přilepený ke skleničce a voda nevyteče. (Při obracení je dobré papír přidržet a pokus si předem natrénovat nad umyvadlem.)

Je tam voda, nebo není? O čem pokus je? Také rádi odhalujete skrytá tajemství? Co asi skrývá stará zaprášená bedna na půdě u babičky a dědečka? Tak s odhalením tohoto tajemství vám nepomůžeme, ale zato vám poradíme s tím, jak si sami můžete vytvořit tajemnou nádobu a nechat kamarády hádat, co v ní je. -> trénink abstraktního myšlení u jednoduchých hrátek s vodou

Co k pokusu potřebujeme? • vyšší nádobu na vodu (hrnec, plastová nádobka …) • neprůhledný hrneček a průhlednou skleničku • papírový kapesníček • PET láhev • nůžky nebo nůž


Postup

Postup pokusu

Pokus s PET láhví s uříznutým dnem, uzavřenou nebo otevřenou

A) pokus s ponořováním skleničky Děti dobře vědí, že ponoříme-li papírový kapesníček do vody, celý se rozmočí. Jak to ale udělat, aby se nenamočil? Zkuste nad tím s dětmi uvažovat, jistě vás překvapí, co všechno vymyslí. Vy ale s dětmi chcete zkusit jednu konkrétní variantu. Navrhněte dětem dát kapesníček do neprůhledného hrnečku a ponořit do vody podle ilustračního obrázku. Zeptejte se dětí, jestli se takto kapesníček namočí nebo nenamočí, a vyzkoušejte. Pokus pak zopakujte s průhlednou skleničkou. Co se asi ve skleničce s kapesníčkem stane, když jej ponoříme pod hladinu?

22

B) pokus s ponořováním PET láhve Pokus se liší pouze v tom, že použijeme PET láhev s uříznutým dnem. Otázky na děti pak mohou být, zda se do PET láhve ponořené do vody voda zespoda nahrne nebo ne v obou možných případech – tedy je-li láhev uzavřená nebo otevřená. Opět se dětí ptejte, co všechno je v PET láhvi (vzduch). Už to je pro ně netriviální zjištění.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Celý pokus v sobě neskrývá žádnou pořádnou fyziku. To, co zde děti můžeme naučit, je, že aby vzduch ve sklenici nahradila voda, musí mít vzduch kam utéci. A to v případě obrácené skleničky a uzavřené PET láhve nemá kam, proto zůstane uvnitř a ochrání před namočením třeba připevněný kapesníček.

Náměty Pokud s dětmi nad problémem diskutujete, určitě je napadne dát kapesníček do igelitu nebo do něčeho, co se dá zavřít. Zkuste jejich nápady rovnou realizovat a ověřovat.

Indián ve vakuovačce O čem pokus je? Možná už jste viděli v animovaném filmu, jak je někdo vystřelen do vesmíru, hlava se mu nafoukne, oči vypoulí a nakonec hlava bouchne. Zajímalo vás, jak by to bylo doopravdy? V dnešním pokusu si to můžeme bez obav o své zdraví vyzkoušet. Jako pokusný objekt nám poslouží malý statečný indiánek.

Co k pokusu potřebujeme? • ruční vakuovačku • indiánek • balónek

Podmínky k pokusu • bez zvláštních podmínek Balónek ve vakuovačce

Schéma pokusu s vakuovačkou

Postup Ruční vakuovačka je zajímavá sama o sobě. Před tím, než vzduch vypumpujeme, zeptejte se dětí, jestli jde víčko od ní sundat a nechte je si to vyzkoušet. Pak vyvakuujte vzduch ven z vakuovačky. Nechte děti zkusit nyní sundat víčko. Ani tomu největšímu silákovi ve třídě se to nepodaří. Teď vložte do vakuovačky balónek. Balónek musí být jen trochu nafouknutý a zavázaný, aby se nevyfukoval. Odčerpejte vzduch. Před tím se dětí můžete ptát, co se stane. Balónek se po odčerpání vzduchu z vakuovačky nafoukne. A nyní indiánek. Ten se během pumpování také začíná zvětšovat a zvětšovat, čokoládová krusta praská, bílkový sníh se prodírá skrz praskliny a indiánek zaplňuje čím dál větší část prostoru vakuovačky. Jakmile vpustíme vzduch zpět do vakuovačky, můžeme sledovat obrácený sled událostí: balónek, ale i sníh z bílků se vrací prasklinami čokoládové krusty dovnitř, čokoládová poleva se spojuje a indiánek nebo balónek se vrací do původní velikosti.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) První pokus ukazuje sílu naší atmosféry. Pokud je vzduch uvnitř i vně vakuovačky, tlačí na její víčko zevnitř i zvenčí stejné síly, vyruší se a víčko nikde nic nedrží. Pokud odčerpáme vzduch z vakuovačky, začne převažovat tlak atmosféry zvenku, tlak uvnitř se snižuje a víčko tak pevně drží tíha vzduchu kolem nás (a že ho nad námi je deset kilometrů!).

23

Pokud do vakuovačky dáme balónek hermeticky uzavřený a naplněný vzduchem, nemůže se vzduch z balónku nikam vyfouknout. Začneme-li odčerpávat vzduch z vakuovačky, místo po odčerpaném vzduchu je prázdné a snaží se zaplnit vzduchem z balónku. Vzduch se snaží rozprostřít do co největšího objemu, tlačí na stěny balónku a tím ho nafukuje. Zkráceně se říká, že se uvnitř vakuovačky vytvořil podtlak, ale to není to, co chceme děti naučit. Chceme, aby si uvědomily podstatu toho, co se uvnitř děje. Při zpětném vpuštění vzduchu do vakuovačky naopak tlak ve vakuovačce vzroste a balónek se smrští do původní velikosti. Jinak řečeno, vzduch vniklý do vakuovačky ho zase zmáčkne. U indiánka je situace stejná, jen je třeba si připomenout, z čeho je čokoládový indiánek vyrobený. Indiánek se skládá z piškotového korpusu, náplně z ušlehaného bílku a čokoládové polevy. Bílek se vyšlehá s cukrem, který sníh zpevní. Sníh z bílků je plný vzduchových bublinek, a právě tyto bublinky hrají důležitou roli v našem pokusu.

Náměty Do vakuovačky můžete zkusit dát různé věci. Nafouknout by se měly jen ty naplněné vzduchem. Vhodné pro nafukování jsou například bonbóny marshmallow. Pro děti je celý pokus tréninkem jejich abstraktního myšlení. Nebojte se toho, když to nezvládnou, je třeba to zkoušet a trénovat.

Rakety O čem pokus je? Snad každý malý kluk i malá holka si někdy představovali, jaké by to bylo vydat se do vesmíru. Některé děti, až budou větší, se pustí do stavby modelu rakety. Nejen jim jsou určeny následující tři návody pro budoucí stavitele s ohledem na jejich věk. A) balónková raketa

Příprava vzduchové rakety

Schéma přípravy balónkové rakety

Co k pokusu potřebujeme? • balónek • brčko • provázek • izolepu


Postup Zkraťte brčko asi tak na 5 cm a izolepou je připevněte k balónku. Mezi dvě děti natáhněte provázek, připravte raketu na start, nafoukněte balónek a startujte. Pokus je samozřejmě stejný jako když děti nafouknutý balónek Obr. 1: Schéma heronka s balónkem 2: Schémapokusu heronka z PET láhve vypustí jen tak z ruky, ale provázekObr.dodá na zajímavosti a výsledek více připomíná opravdovou raketu.

24

B) vzduchová raketa

Co k pokusu potřebujeme? • PET láhev • pumpičku se šlauchem (hadičkou) a koncovkou na pumpování vzduchu do míče • gumovou zátku, která se vejde do otvoru připravené PET láhve • šikovného pomocníka, který vám vyvrtá do zátky díru, do které prostrčíte napevno koncovku od pumpičky na míč

Schéma přípravy vzduchové rakety


Postup Pumpičkou potřebujeme do láhve pumpovat vzduch. Aby se nám to povedlo, je třeba k tomu celý set uzpůsobit – pumpičku opatřit šlauchem na pumpování vzduchu do míče. Jehlovitou koncovku je třeba prostrčit natěsno gumovou zátkou, kterou zašpuntujeme otvor PET láhve. A pak už můžeme pumpovat. Raketa je poháněna stlačeným vzduchem uvnitř láhve. C) lihová raketa

Co k pokusu potřebujeme?

Obr. 1: Schéma heronka s balónkem

• PET láhev • drátek jako vodicí očka, viz obr. 4 (jde použít i jiné řešení jako např. brčko, ale ne všechny plastové materiály jsou k tomu vhodné) • vlasec nebo povoskovaný špagát • líh • špejle a sirky • nebozez nebo vrtačku

Obr. 2: Schéma heronka z PET láhve

Schéma lihové rakety

Podmínky k pokusu • možnost upevnění vodicího lanka – například přivázání k zábradlí nebo klice od dveří • dbát zvýšené opatrnosti: manipulujeme s otevřeným ohněm, z ústí láhve vyšlehne plamen a PET láhev poletí značnou rychlostí; v cíli rakety se nesmí nikdo nacházet!

Postup

Obr. 1: Schéma heronka s balónkem

Do víčka PET láhve vyvrtáme díru nebozezem nebo vrtačkou. Do PET láhve nalijeme pár kapek lihu a uzavřeme upraveným víčkem. Láhví řádně zatřeseme, aby se vytvořily lihové páry. Láhev upevníme pomocí vodicích oček na vlasec. Zapálíme špejli a přiložíme k hrdlu PET. Láhev vystřelí na druhý konec za vyšlehnutí mohutného plamene. Nemějte ruku ani nic jiného za víčkem PET láhve, plamen není vidět a sahá alespoň pět centimetrů od víčka. Pokus nikdy nenechávejte děti provádět bez dozoru.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Pokusy demonstrujeme zákon akce a reakce. Důvodem pohybu všech popsaných raket je plyn unikající z jejich otvoru. U balónku a vzduchové rakety jde o vytlačovaný vzduch. U balónku je vzduch vytlačován sílou membrány balónku, u vzduchové rakety jde o velké množství stlačeného vzduchu uvnitř PET láhve, který se již do láhve nevejde, vyrazí ven špunt a velkou rychlostí unikne z láhve ven. U lihové rakety vytvoří lihové výpary se vzduchem velmi hořlavou (výbušnou) směs. Jejich zažehnutím dojde k prudké expanzi. Jediným místem, kterým se mohou dostat ven z láhve, je malý otvor ve víčku, který funguje jako tryska.

Obr. 2: S

25

A proč se tedy rakety pohybují? Aby se unikající vzduch mohl vůbec dostat do pohybu, musí se stejně jako běžec na dráze od něčeho odrazit. Názornější představa je představa plavce v bazénu, který se nohama odrazí od okraje bazénu, aby se pohnul co nejrychleji dopředu. Vzduch se při svém úprku z láhve musí odrazit od láhve, která je tak lehká, že jí vzduch svým kopancem posune na druhou stranu. (To se plavci v bazénu nikdy nepovede). Plyn uniká jedním směrem (akce) a způsobí, že raketa vyrazí opačným směrem (reakce). Tomuto jevu se říká zákon akce a reakce a je přítomen prakticky u každého našeho pohybu.

Náměty • Zákon akce a reakce mohou starší děti znát ze střílení vzduchovkou, menší děti se s ním jistě setkaly v ani movaných filmech.

Heronek O čem pokus je? S reaktivním pohonem, který stojí za všemi našimi cestami do vesmíru i za cestování letadly, experimentovali již staří Řekové. Děti si tyto experimenty mohou zkusit s naší pomocí ve zjednodušené a bezpečnější podobě. Uvidí také sílu obyčejné vytékající vody nebo vyfukujícího se vzduchu. A) heronek na vodu

Co k pokusu potřebujeme? • PET láhev • pevný provázek • brčka s kloubem • nádobu na zachycení vytékající vody • nůžtičky na nehty • modelínu nebo tavnou pistoli Obr. 1: Schéma heronka s balónkem

Obr. 1: Schéma heronka s balónkem Schéma heronka s balónkem

Obr. 2: Schéma heronka z PET láhve Schéma heronka z PET lahvez PET láhve Obr. 2: Schéma heronka


Postup Do spodní části PET láhve uděláme naproti sobě nůžkami na nehty dvě díry velikosti průměru brčka. Delší stranu (od kloubu) brček zkrátíme o ½, vložíme do otvoru a utěsníme modelínou nebo tavnou pistolí. Brčka v kloubu ohneme do pravého úhlu, vodorovně, tak, aby směřovala opačným směrem. Kolem horního otvoru PET láhve uvážeme provázek šikovně tak, aby se láhev mohla dobře otáčet. Do takto připravené láhve nalijeme vodu, zvedneme za provázek nad nádobku na zachycení vody a pozorujeme, jak se láhev roztočí. B) heronek na vzduch

Co k pokusu potřebujeme? • nit • brčka s kloubem • modelínu • balónek • gumičku


26

Postup Na delší stranu brčka připevníme gumičkou nebo nití balónek. Kloub brčka ohneme do pravého úhlu. Brčko dál přivážeme na provázek tak, aby bylo dobře vyvážené a mohlo se otáčet. Celý heronek můžete vyvážit pomocí modelíny. Pokud balónek nafoukneme, při vyfukování začne roztáčet brčko kolem dokola.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Pokusem opět demonstrujeme 3. Newtonův zákon (zákon akce a reakce). Vytékající voda je akcí a roztočení láhve reakcí. Zajímavé na pokusu je, že tentokrát neposunujeme věc dopředu, ale jen ji roztáčíme kolem své osy.

Náměty • Sílu vody lze demonstrovat i na modelu vodní elektrárny, kde voda roztáčí turbínu. • Originální heronek byl sestrojen z nádoby, pod kterou se topilo, vznikala pára, která z trubiček (místo brček) unikala a roztáčela heronka. Na tento vynález přišel již před naším letopočtem Hérón Alexandrijský, ale jeho vynález neměl mnoho praktického využití, sloužil spíše jako pohyblivá dekorace v tehdejších lázních. Je to také první parní stroj vynalezený člověkem. • Název heron tedy pochází od jména svého vynálezce Héróna Alexandrijského.

Levitování s náboji O čem pokus je? Určitě už jste někdy dostali ránu od svetru, který jste si přetahovali přes hlavu, nebo od kliky či dokonce od někoho, kdo se k vám přiblížil a přeskočila jiskra. Statická elektřina prostě dokáže divy: ohýbá proud vody, vysává papírové konfety rozsypané po celém bytě, dokáže pomoct tam, kde by i Popelčini holoubci byli bezradní. Z některých jejích kousků vám budou dokonce vstávat vlasy na hlavě. -> děti hravě zvládnou základy elektrostatiky

Co k pokusům potřebujeme? • nafukovací balónky • papírky • brčka • plechovku

Podmínky k pokusu • ideálně vyvětraná místnost s co nejnižší vlhkostí vzduchu • budeme-li používat k nabíjení těles vlasy, nesmí být mastné či nagelované

Postup A) elektrostatický vysavač Těleso (hřeben, balónek, …), které k vysávání použijeme, nabijeme třením o vlasy. Po podložce rozsypeme konfety nebo jiné drobné papírky. Přiblížíme-li nabité těleso k papírkům, začnou vyskakovat a přichytávat se na nabité těleso. B) vstávající vlasy Nejlépe nabijeme balónek o dlouhé vlasy. Při oddalovaní balónku od hlavy pozorujeme, jak se vlasy dítěte zvedají. C) balónek popírající gravitaci Nabijeme balónek o vlasy a opatrně ho zkusíme přiložit ke stěně nebo ke stropu. Na některých materiálech balónek drží méně, na některých více, je třeba vyzkoušet.

27

A)

B)

C)

E)

F)

Obr. 2: Elektrostatický vysavač D)

D) ohýbání proudu vody Nabijeme balónek nebo hřeben a přiblížíme ho k tenkému proudu vody vytékajícímu z kohoutku. Proud vody se odchýlí od svého původního směru k nabitému předmětu. E) elektrická brčka Na stůl si položíme dvě brčka. O vlasy nabijeme nejprve jedno brčko, které položíme kolmo na dvě předešlé. Další brčko nabité o vlasy přiblížíme k položenému nabitému brčku. Protože jsme brčka nabili stejně, budou se odpuzovat. F) koulení plechovek Nabijeme balónek o vlasy a přiložíme k plechovce položené na rovnou plochu. Plechovka se k balónku začne přitahovat. (Plechovka musí být prázdná a vysušená.)

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Všechny výše uvedené pokusy mají společného jmenovatele a tím je statická elektřina a její vlastnosti. Všechna tělesa jsou za normálních podmínek elektricky neutrální, tj. obsahují stejně velký kladný i záporný náboj a tím se navenek chovají jako elektricky neutrální. Pokud např. třením tuto elektrickou neutralitu narušíme, náboje přeskočí z jednoho tělesa do druhého tak, že se jedno nabije kladným a druhé záporným nábojem. Děti hravou formou získají své první zkušenosti s tím, že existují nabitá tělesa. Pro elektrické náboje platí následující pravidla: • souhlasně (+ a + nebo – a –) orientované náboje se odpuzují – příklad s brčky • nesouhlasně (+ a –) orientované náboje se přitahují Nábojům záporně nabitým se říká elektrony, kladně nabité jsou protony, neutrální bez náboje jsou neutrony. Každý atom, každá látka je z těchto elementárních nábojů složena, a pokud se v látce nachází stejné množství protonů jako elektronů, je celkově neutrální. Pokud některého náboje v látce přebývá, je stejně nabitá i celá látka. Nenabitá tělesa se k nabitým přitahují – příklad balónku přiloženého ke stěně či stropu. V nenabitých materiálech se náboje po přiložení nabitého tělesa uskupí tak, že stejně nabité náboje se odtáhnou a opačně nabité se přitáhnou. Konkrétně u plechovky, která má v sobě spoustu volných elektronů, které se mohou snadno v materiálu pohybovat, se záporné elektrony odpudí záporně nabitým balónkem směrem od balónku: k balónku se tak dostane více kladných nábojů a plechovka se začne k balónku přitahovat.

Náměty • Nechte děti, ať si pohrají:-) • Pokusy s elektřinou často nefungují, nelekejte se toho. Udržování nabitých předmětů brání nejvíce vlhko a problémy s těmito pokusy má i nejlepší fyzikář. • Pokusy s brčky není vhodné dělat na koberci z umělých vláken – náboj se o koberec vybíjí.

28

Neviditelná síla magnetů

Přikládání magnetu k tělesům z různých materiálů

Hrátky s magnety a jejich orientací

Působení magnetu přes stěnu skleničky

O čem pokus je? S magnety se setkáváme celkem často: v kuchyňských rukavicích, kompasech, pevných discích počítačů, magnetkách na ledničku, v japonských rychlovlacích apod. Díky kompasu neztratíme nikdy správný směr, a proto je vhodné jej mít na procházkách stále při sobě. Udělat si jednoduchý kompas není nic složitého, stejně jako autíčko s magnetickým pohonem. Jdeme na to? -> první zkušenosti dětí s magnety

Co k pokusu potřebujeme? • magnety • rozličné předměty: hřebík, plechovka, kancelářské sponky, korek apod. • sklenici • autíčko • vteřinové lepidlo


Postup A) hraní si s magnety Nechte děti hrát si s magnety a přikládat je různě k sobě, aby si vyzkoušely, kdy se přitahují a kdy odpuzují. Dále je nechte pomocí magnetu zkoušet, které látky jsou magnetické, tj. jsou k magnetu přitahovány, a které nikoli. Děti magnet přikládají k různým předmětům z rozličných materiálů: plechovka, pravítko, hřebík apod. B) magnety a sponky Kancelářské sponky jsou většinou železné a k magnetu se dobře přitahují. Uspořádejte soutěž, kdo na magnet nachytá nejvíce sponek. Další hrou může být např. lovení sponky ze sklenice s vodou, aniž by do ní děti musely ponořit ruku – magnet působí i přes skleněné stěny sklenice. C) autíčko na magnetický pohon K zadní části autíčka připevníme magnet (například vteřinovým lepidlem). Děti dostanou další magnet a vyzkouší, v jaké poloze se magnety (v ruce a na autíčku) odpuzují. Budou-li magnetem „tlačit“, autíčko se dá do pohybu a bude před magnetem „ujíždět“.

Popis pokusu (fyzikální pozadí) Magnety mají dva póly – severní a jižní. Souhlasné póly se odpuzují a nesouhlasné póly se přitahují. Je to sice jednoduchá zkušenost, ale pro další objevování světa podstatná a děti se s ní budou dále setkávat jak ve škole, tak v praktickém životě. I Země představuje obrovský magnet a proto se střelka kompasu orientuje tak, že se souhlasné póly přitahují a otočí se vždy k severu.

29

Návrh hrací desky pro magnetická autíčka

Chytání ryb na udici s magnetem

Náměty • Uspořádejte závody s magnetickými autíčky. • Na magnetech můžete barevně označit jednotlivé strany – ty, které se přitahují, a ty, které se odpuzují. • Se staršími dětmi můžete pro ty mladší vyrobit hry s magnety. Jednou z nich může být závodní dráha pro autíčka s magnetem, který je tentokrát přidělaný zespodu. Děti mají za úkol dopravit autíčko přiložením magnetu zespodu hrací desky po nakreslené dráze. Hrací deska i autíčka mohou být vyrobeny jednoduše z kartonu. Další hrou může být lovení rybiček z rybníčku. Rybičky si děti mohou vystřihnout z papíru, které je třeba zalaminovat, nebo vyrobit z materiálu, který se nepromočí. Na rybičky přiděláme magnet. Z dřívek, nitě a magnetu vyrobíme pruty a můžeme lovit. Místo magnetů můžeme na rybičky připevnit něco magnetického, jen se ujistěte, že má magnet sílu rybičky přitáhnout.

EXPEDICE „Světozor“ si klade za cíl podpořit profesní rozvoj pedagogických pracovníků mateřských škol vzdělávajících podle platného rámcového vzdělávacího programu v oblastí kompetencí vztahujících se k polytechnické výchově, posílení didaktických dovedností a osobnostně sociálního rozvoje. Projekt je určen pedagogickým pracovníkům Jihočeského kraje.

Vydáno v roce 2014 jako studijní materiál v rámci projektu EXPEDICE „Světozor“ (CZ.1.07/1.3.00/48.0073) financovaného z prostředků ESF prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost a státního rozpočtu ČR.

Technická dílna v MŠ aktivity rozvíjející technické znalosti a dovednosti

Recommend Documents