Ľudia majú väčšinou radi rovnováhu, a to nielen v medziľudských vzťahoch, ale aj tú fyzikálnu. Vidličky zapichneme do gumy tak, aby pri pohľade zhora zvierali ich rúčky uhol približne 120 stupňov a pri pohľade spredu boli naklonené asi 45 stupňov k vodorovnej rovine. Do stredu medzi ne vpichneme do gumy ešte jednu zápalku hlavičkou smerom von. Presný oporný bod zostavy závisí od tvaru vidličiek, ale aj od hmotnosti materiálu, ktorý sme použili na ich spojenie. Ak sme zostavu zostrojili symetricky, tak sa jej ťažisko nachádza presne pod zápalkou. Je mimo akéhokoľvek pevného materiálu zostavy, teda úplne mimo telesa. Keď máme zostavu vybalansovanú na okraji pohára, môžeme zápalku držiacu celú zostavu zapáliť.
Rovnováha a očakávaný jav pri zapálení zápalky
Viete, čo sa bude diať? c) Zhasne, no zostava bude naďalej stabilná na okraji pohára. Správna odpoveď je, že vidličková zostava zostane stabilne stáť na okraji pohára bez viditeľného narušenia rovnováhy. Zamyslime sa, prečo zápalka prestane horieť presne nad okrajom pohára. Čo je zápalka? zostavy a horiaca časť smeruje nahor. Výsledok 1: Pokiaľ nie je nijako poškodená, bude horieť ďalej. Parafín, ktorým je napustená, sa topí a steká smerom nadol, takže horieť neprestane len pre náklon. V4: Naozaj sa nám potvrdila naša hypotéza, že zápalka zhasne, pretože sa dotýka tepelne vodivého nehorľavého materiálu.
Fyzikálne vysvetlenie
Zápalka horí v horľavom náplni smerom nahor, no jej telo leží na povrchu alebo tesne nad okrajom, kde je vodivý materiál a pevný podklad. Keď zápalka zhorí a topenie parafínu vedie k stúpaním tepla nahor, na hrane pohára sa zmenšuje kontaktná plocha a tepelná vodivosť medzi zápalkou a okrajom pohára môže spôsobovať lokálne zmeny teploty, ktoré zastavia pokračovanie horenia. Zároveň, keď je zostava vybalansovaná na okraji pohára, ťažisko zostavy zostáva umiestnené mimo telesa a aj po zhasnutí zápalky zostáva rovnováha zachovaná. Budeme mať teda stabilnú zostavu aj bez aktívneho ohňa, čo dokazuje, že rovnováha je založená na usporiadaní prvkov a ich hmotnostiach, nie na samotnom zapálenom plameni.
Praktické kroky a variácie experimentu
- Naplň jeden pohár vodou a pridaj farbivo.
- Napíš jeden kúpeľ s ceruzkou a dve vidličky, ktoré zapíname do gumy tak, aby rúčky zvierali uhol približne 120 stupňov zhora a 45 stupňov zo strany.
- Do stredu medzi vidličkami vpichni zápalku hlavičkou von.
- Umiestni zostavu na okraj pohára tak, aby ťažisko bolo pod zápalkou a mimo kontakt so stredom pohára.
- Zapáľ zápalku a pozoruj, čo sa deje s rovnovažbou a stabilitou zostavy.
Podobným spôsobom môžu nasledovať aj ďalšie aktivity z oblasti vzduchu a vody:
Vzduch a voda - bubliny a pohyby
- Téma: Vzduch a voda
- Pomôcky: Pohárik, kvapky mydlového prostriedku, voda, slamka
- Postup: Do pohárika kvapni trochu čistiaceho prostriedku, naplň polovicu pohára vodou a slamkou fúkaj bublinky. Čo sa deti naučia: vzduch vytvára bubliny v kombinácii s vodou a mydlom.
Plávajúce a potápajúce sa predmety
- Téma: Hustota a vztlak
- Pomôcky: Veľká nádoba s vodou, jablko, kameň, plastová fľaša, korková zátka
- Postup: Deti hádajú, ktoré predmety plávajú a ktoré sa potopia, a skúmajú príčiny rozdielov v hustote.
Vírenie vody vo fľaši
- Téma: Pohyb tekutín
- Pomôcky: Uzatvárateľné fľaše, voda, olej (voliteľné), trblietky
- Postup: Naplň fľaše vodou, pridaj olej a trblietky, zatvor a pozoruj vírenie pri trasení a krúžení.
Magnet v pohybe
- Téma: Magnetizmus
- Pomôcky: Magnetky, kancelárske spinky, papier, nožnice
- Postup: Spinku prichyť magnetom pod obrázok a pohybuj magnetom, aby sa spinka pohybovala po ceste na papieri. Deti môžu doplniť aj postavičku a sledovať jej pohyb.
Zemiaak ako zdroj energie
Zemiaky, ale i iné druhy ovocia či zeleniny dokážu poslúžiť ako zdroj energie nielen pre ľudský organizmus. Ilustračný obrázok. Zemiakový experiment funguje na princípe galvanického článku, ktorý je možné zostaviť aj v domácich podmienkach. Budeme potrebovať dva vodiče z rozdielnych materiálov a žiarovku či diódu. Ideálna je kombinácia elektród z medi a zo zinku vo forme drôtov či plieškov. Po splnení týchto krokov by sa mala žiarovka alebo dióda rozsvietiť. Ďalšou fázou experimentu môže byť zvýšenie produkcie energie. Napríklad zapojením ôsmich zemiakov do série sa znásobí celkové napätie a dokážeme rozsvietiť aj menšiu žiarovku. V batériách sa chemická energia premieňuje na elektrickú energiu. Elektrický prúd pozostáva z toku elektrónov, čo sú záporne nabité častice. Pretože meď je viac elektronegatívna ako zinok, má tendenciu priťahovať elektróny ľahšie ako zinok. Elektróny v zemiakovej batérii budú preto prúdiť zo zinkovej elektródy (anódy) do medenej elektródy (katódy). Táto reakcia zanecháva nedostatok elektrónov na medenej elektróde, čo je kľúčový dôvod, prečo elektróny stále prúdia zo zinku do medenej elektródy.
Infografika a doplnkové materiály
Na internete je možné nájsť viacero balančných hračiek pre tlač na 3D tlačiarni. My sme pre vás vybrali vybalansovanú vážku. Podklad je dostupný na profile FMFI UK na webovej stránke thingiverse.com/matfyzjein. PaedDr. Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 2/2024.
Poznámky k bezpečnosti a praktické odporúčania
Pri vykonávaní experimentov s ohňom a teplom buďte opatrní. Zápalka a horúci prvok môžu spôsobovať popáleniny a požiar. Vždy majte po ruke vodu alebo ďalšie bezpečnostné prostriedky a realizujte pokusy na bezpečnom povrchu mimo horľavých materiálov.
Hustota kvapalín , olejové bublinky | Experiment | Fyzika | Pokusy pre deti
Vždy je užitočné zamerať sa na to, ako samotné rozloženie hmotností a geometria zostavy mení polohu ťažiska a stabilitu. Rovnováha nie je len o tom, či niečo stojí, ale aj o tom, ako je rozložená hmota vo virtuálnom priestore okolo opierného bodu.
| Kroky experimentu | |
|---|---|
| Vybalansovanie zostavy na okraji pohára | Ťažisko pod zápalkou mimo telesa; zostava zostáva stabilná |
| Zapálenie zápalky | Zápalka zhasne; zostava zostáva na okraji |
| Analýza tepelného vplyvu | Vysvetliť, prečo horenie zastaví alebo pokračuje |