Занимательная физика

11 января с 14 часов было проведено первое занятие по занимательной физике. Опыты продемонстрировала Елена Борисовна Пронина, она же прокомментировала их и рассказала о будущих занятиях по занимательной физике.

Темы первых занятий:

• Физика на кухне (соль, уксус, сода, кусковой сахар и дрожжи). (11 января)
• Кристаллы: строение и рост. (25 января)
• Физика в ванне. (Ванна настоящая!) (22 февраля)
• Магнетизм. (15 марта)
• Магнетизм и электричество. (20 марта)
• Пузыри: мыльные пленки, поверхностное натяжение. (27 марта)
• Жидкости и газы. (3 апреля)
• Свет. (10 апреля)
• Электрические цепи. (17 апреля)

Опыты 11 января 2009 года (физика на кухне)

1. Корабли на подносе. (Наиболее подвижный корабль изготовил Павел Ермишин.) Суть опыта в следующем. Взяли кусочки мела (корабли). Воткнули в них заостренные спички (мачты). Окрасили мачты, нарисовали иллюминаторы. (Днища кораблей должны быть плоскими!) Расставили корабли на плоском блюде и налили в блюдо тонкий слой уксуса (тонкий потому, что иначе корабли слишком быстро разрушатся). Корабли окружились пузырьками и начали перемещаться: уксус вступил в реакцию с мелом, при которой выделялся углекислый газ. Пузыри поднимались вверх и двигали кусочки мела. Обратите внимание: в школьный мел часто добавляют разные вещества, которые могут замедлить реакцию. Мел мелу рознь!
2. Вращающееся яйцо. Сырое куриное яйцо положили в стеклянный стакан с уксусом . Уксус реагировал со скорлупой (в ней много извести). Выделяемый газ двигал яйцо: восходящий поток пузырей толкал яйцо.
3. Надувание шара. В бутылку налили немного воды, растворили в ней пищевую соду (производства Стерлитамакской 'Соды'). Добавили немного уксуса. Надели резиновый шарик на горлышко бутылки. Шарик надулся.
4. Вулкан (по просьбе Шибанковой Екатерины). Предыдущий опыт упростили, исключив воду, которая только замедляет дело. Сделали так: насыпали горку соды, в центре сделали углубление, куда положили краситель (например, марганцовку, гуашь или краску для пасхальных яиц). Капнули средство для мытья посуды в жерло вулкана. При добавлении сверху уксуса из жерла вулкана пошла лава, растекшаяся по склонам.
5. Движение спичек на воде. В блюдце с небольшим количеством воды расположили спички (лучше зубочистки). В центр опустили кусок сахара (лучше иметь два или больше, потому что первый у нас сразу потонул, растворился). Спички потянулись к куску сахара, ибо он втягивал воду. Если капнуть моющий раствор, то спички начнут разбегаться: пленка, растекаясь по воде, увлекает с собой спички.
6. Монета на блюдце. На блюдце положили монету, налили тонкий слой воды. Спросили, как достать монету, не замочив рук. Предложение воспользоваться пинцетом, который для этого принес Спивак, было с негодованием отвергнуто. Взяли губку для мытья посуды, она впитала воду. (Рафинад пожалели тратить.)
7. Плавающее яйцо. Сырое яйцо положили в стакан с водопроводной горячей водой. Яйцо утонуло. Насыпали несколько ложек соли. По мере растворения соли яйцо поднималось выше и выше, всплывало.
8. Шарик на свободе. Шарик, надутый углекислым газом третьего опыта, сняли с горлышка бутылки, завязали и выпустили на свободу. Шарик не полетел, а упал на пол: углекислый газ тяжелее воздуха!
9. Реактивные шарики. Поскольку всем было обидно за шарик, который не смог летать после выхода на свободу, то добровольцам раздали шарики, и они были надуты (при помощи своих легких) и отпущены с незавязанными горлышками. Шарики полетели быстро: реактивное движение!

Домашнее задание ко второму занятию (на 25.01.2009)

В небольшой стакан положить кусочек известняка, налить уксус так, чтобы он почти полностью покрыл известняк. (Вместо известняка можно взять другой камень, но тогда надо положить в уксус кусок мела. Главное - мел, а не камень!) Результат принесите на занятие 25.01.2009.

Изготовить перенасыщенный соляной раствор, растворив в кипящей воде максимально возможное количество соли и охладив рассол. В банку с охлажденным перенасыщенным раствором опустить привязанную затравку (например, кристалл соли грубого помола). Ждать образования кристалла: ухаживать за растущим кристаллом, подливать по мере необходимости рассол, уничтожать лишние центры кристаллизации. Не забудьте принести полученный кристалл на занятие!

Если есть лупа, принесите.

Домашнее задание, заданное 25.01.2009

Вырастить кристаллы меди. Для этого на дно банки кладем несколько кристалов медного купороса (все пожелавшие купороса были окупорошены). (Приобрести медный купорос в Москве можно так: пакет сульфата меди вложен в средство от болезни растений 'Бордоская смесь'. Важно, что смешение не произведено фирмой, а продают отдельные два пакета: пакет меди сульфата и пакет кальция гидроксида.) Сверху кристаллы купороса присыпаем солью мелкого помола 'Экстра'. Вырезаем из фильтрационной бумаги (например, промокательной бумаги или салфетки) круг, по размерам совпадающий с дном сосуда (чем точнее, тем лучше). Поверх фильтрационной бумаги кладем железный круг меньшего диаметра, предварительно обработанный наждачной бумагой или напильником. Заливаем насыщенным раствором пищевой соли. Ждать месяц или два. Наберитесь терпения: читайте растущим кристаллам книгу 'Лаборатория "Кванта". Выпуск 1' - приложение к третьему номеру 2000 года.

Осмос. Берем банку с водой. Растворяем в ней канцелярский силикатный клей. (На половину стакана воды - одна чайная ложка клея.) Перемешиваем клей с водой, бросаем в банку несколько кристалликов медного купороса. На следующий день увидите, что кристаллы не растворились в воде; над ними образовались голубые 'водоросли' странной формы. Рассказ - в главе XVII книги Б.З. Кантора 'Беседы о минералах'.

Опыты 22 февраля 2009 года (физика в ванне)

1. Отражение волн в ванне. Ванна была настоящая (максимально большая из детских ванн). Важно, чтобы бортики были как можно более отвесные, гладкие. Волны расходятся кругами, согласно закону Френеля, достигают стенок, отражаются от них и идут в новом направлении, двигаясь сквозь другие волны. Волны не разрушают одна другую при столкновении.
2. Связь частоты с длиной волны. Волны создаем, периодически ритмически дотрагиваясь до поверхности воды. Расстояние между гребнями волн называется длиной волны. Ускоряя ритм возбуждения волн, убеждаемся, что волны начинают идти теснее гребень к гребню, длина волны уменьшается. Замедляя ритм возбуждения волн, видим, что длина волны увеличивается.
3. Интерференция. Наблюдали, как волны от двух источников (рук двух учеников) проходят одна сквозь другую.
4. Отражение света от поверхности воды. Луч лазерной указки отражали от зеркала и от поверхности воды. В воде кроме отражения света происходит еще и преломление света. Экспериментировали с разными величинами углов.
5. Выталкивание воды погруженным в нее предметом. Экспериментировали с разными предметами, определяя, тонут они или плавают, и вычисляя объемы предметов по количеству вытесненной из кувшина воды. Особый интерес вызвала туристская металлическая кружка, которая легче воды и непотопляема, хотя выглядит как топор. Ученики выдвинули гипотезу о двойных стенках и двойном дне кружки, однако не получили санкции Елены Борисовны на распил.
6. Подъем стакана из воды. Вынимая стакан из воды дном вверх, обнаруживали, что вода увлекается стаканом. Особый интерес вызвал пластмассовый тубус полуметровой длины, в котором после извлечения его из ванны вода оставалась вплоть до момента полного отрыва тубуса от воды. Так проявляется атмосферное давление. Давление десятиметрового столба воды чуть меньше атмосферного.
7. Свеча в бутылке. Свечу клали в воду так, чтобы она плавала, как поплавок. Зажигали, она продолжала плавать. Сверху накрывали бутылкой с широким горлышком. Было видно, как (предварительно подкрашенная) вода поднимается в бутылку, свеча вместе с ней поднимается как поплавок. Экспериментировали с разными банками и бутылками. Красиво, высоко поднималась вода в узкой бутылке. Повторяя эксперимент с банкой, увидели, что первоначально вода не только не поднимается, но выталкивается из банки, свеча в одном из опытов оказывалась на небольшое время на сухом месте!!! Объяснение простое: кислород сгорает, что ведет к уменьшению объема и всасыванию воды в сосуд; воздух нагревается, поэтому расширяется и вытесняет воду из сосуда; борьба этих явлений приводит к тому, что вода сначала вытесняется, потом всасывается.
8. Бумажный кораблик. Легко держится на воде, пока не промокнет. Сухой кораблик удерживает на поверхности воды воздух, находящийся под корабликом.
9. Пластилин. Были розданы куски пластилина, ученики бросили их в ванну и убедились, что пластилин утонул. Была поставлена задача: научить пластилин плавать. Алексей Шибанков догадался сделать кораблик, однако сестра его Катя и их мама сразу сообразили, что кораблик может зачерпнуть бортом воду и утонуть от этого. Поэтому догадались заключить воздух внутрь корабля, то есть сделать пластилиновую сферу с воздушной полостью внутри нее. Этот пластилиновый шарик оказался непотопляемым.
10. Картезианский водолаз. В пятом номере 1997 года на четвертой странице обложки опубликована статья 'И опять поплавок в бутылке', в которой рассказано об этом опыте Рене Декарта. В пластиковую бутылку налили воду не до верху, в пипетку набрали немного подкрашенной воды, опустили пипетку в бутылку и закрыли бутылку пробкой. Пипетка стала плавать, как поплавок. Сжимая бутылку руками, мы видим, что пипетка тонет (уровень воды в пипетке поднимается). Если перестанем сжимать бутылку, то пипетка всплывет вверх.

Домашнее задание, заданное 22.02.2009

Измерить объем ванны с помощью часов и трехлитровой банки, измерив время наполнения ванны и время, за которое та же струя наполняет банку.

Измерить объем капли воды, накапав сто капель и измерив объем каким-то разумным способом.

Опыты 15 марта 2009 года (магнетизм)

1. Втягивание воздушного шарика в трехлитровую банку. На улице в трехлитровую банку опустили зажженную газету и, дождавшись исчезновения открытого пламени, сверху плотно прикрыли горловину воздушным шаром, диаметр которого немного больше диаметра горловины. Увидели, как шарик втянуло внутрь банки. (При соприкосновении с угольками или огоньками шарик может лопнуться. Столкнувшись с таким случаем, следует повторить опыт.)
2. Воздушный колокол. В прозрачную чашку с водой опустили пенопласт, на него положили кусок сахара-рафинада. Держа банку горловиной вниз, накрыли 'плот' (пенопласт с сахаром на нем) этой банкой. Увидели, что уровень воды в чаше поднялся до краев, а уровень воды под банкой находился значительно ниже уровня воды в чаше. Сахар не намок! Этим явлением пользуются, устраивая 'воздушные колокола' для работы под водой.

После проведения вышеописанных опытов приступили собственно к теме занятия (магнетизму).

1. Магнитные полюса. Рассматривали магниты четырех форм: брусок, подкова, тор и цилиндр. Брали два из этих четырех магнитов, прикладывали их и обнаруживали, что при одном способе происходит притяжение, а при другом отталкивание. Одноименные полюса отталкивались, а разноименные притягивались.
2. Магнитный конструктор. Используя шарики и палочки детского магнитного конструктора, создавали разные конструкции и рассматривали их поведение.
3. Силовые линии магнитных полей. Используя вышеперечисленные магниты, лист картона и железный порошок, рассматривали образующиеся силовые линии. Около полюсов порошок лежал плотнее. Силовые линии образуют дуги, соединяющие полюса.
4. Силовые линии в присутствии железных предметов. В продолжение предыдущего опыта, к магниту добавляли ключ, иголку, цепочку железных шариков. Смотрели, как меняется картина силовых линий.

Опыты 20 марта 2009 года (магнетизм)

1. Магнитные и немагнитные материалы. Все ли притягивается к магниту? Металлическую скрепку положили в чашу с водой. Скрепка притягивалась к магниту, двигалась вслед за ним. В этого и аналогичных опытов убедились, что магнит действует сквозь стекло, воду, пластмассу, бумагу, картон.
2. Сравнение сил разных магнитов. Взяли четыре магнита разных форм, пластмассовую линейку и четыре канадские 25-центовые монеты. Потихонечку двигали линейкой монетки к магнитам и следили за тем, чтобы монеты находились на одинаковых расстояниях от магнитов. Разные магниты давали разные силы притяжения.
3. Силовые линии в пространстве. Не только посмотрели силовые линии на бумаге, но окунули магнит в коробочку с металлическими опилками и наблюдали, как они выстроились в пространстве. Около полюсов магнита возникали симпатичные ежики из опилок. Хотя порошок был очень мелкий, его частички выстраивались в очень плотные иголки, и иголки эти на ощупь были весьма колючие!
4. Намагничивание иголки. Ученикам раздали по иголке. Иголки были разной формы и размера, дополнительно были розданы скрепки. Когда иголку или скрепку десять раз погладили концом магнита, двигая магнит все время одним и тем же образом, иголка (или скрепка) намагнитилась, начала притягивать к себе магнитной порошок. Разбившись по парам, определили, что действительно получились магниты, нашли у них полюса. При помощи железных опилок посмотрели силовые линии намагниченных иголок. Подковообразная игла дала картину силовых линий, аналогичную картине силовых линий подковообразного магнита, прямые иглы - как у магнита-бруска (с четко выраженными полюсами). Намагничивали и другие предметы (гвозди, скобы, скрепки). В блюдце с водой запустили, подложив кусочек бумаги, намагниченную иглу. Заметили, какое она приняла положение, отклоняли ее от этого положения на разные углы, однако игла непременно возвращалась к прежней ориентации: магнитное поле Земли действует на плавающую иглу, заставляя ее принимать вполне определенную ориентацию! Сравнили направление плавающей иглы с компасом - направления, как и ожидали, параллельны.
5. Размагничивание. Намагнитив иглу, Джунусов спросил, можно ли ее размагнитить? Кинув несколько раз иглу на пол, убедились, что она размагнитилась. Ягудин Михаил предложил иглу почесать в обратном направлении.
6. Магнитная индукция. Брали магниты и ненамагниченные металлические предметы (монеты, ключи, иголки, шайбы и тому подобные). Они не соприкасались, однако по картине силовых линий было видно, где какой предмет лежит. Вокруг металлических предметов вырисовывались магнитные линии. Когда магнит убрали, силовые линии исчезли.
7. Может ли магнит поднять бумагу? Бирюков Дима предложил поиграть в сортировку мусора: спросил, что будет, если среди листочков бумаги попадут металлические детали и сильный магнит потащит все вверх; поднимет ли магнит заодно и бумагу? Если детали большие (шайбы, скрепки, болты, гайки), то бумага останется лежать на столе. Однако если в мелкопорванную бумагу насыпать железные опилки и перемешать, то часть бумаги прилипнет к магниту; можно оттащить бумагу от магнита и убедиться, что она моожет вновь прилипнуть к магниту. Это происходит от того, что опилки втерлись в рваные края бумаги, застряли в ней; бумага поднимается при приближении магнита.
8. Электромагнит. Используя батарейку и катушку с плотно намотанным медным проводом, присоединили концы медного провода к полюсам батарейки. В катушку вдели железный стержень. Он начал притягивать другие железные предметы. Размыкая электрическую цепь, убеждались, что гвоздь сразу терял магнитные свойства. Вытаскивая гвоздь из катушки, убеждались, что магнитные свойства не сохранялись.