Spotkania z fizyką – poznajemy pojęcie gęstości.
Może to nieco górnolotne określenie naszego eksperymentu, jednak podwalina pod przyszłą wiedzę została położona. Dzisiejszy eksperyment pokazał dzieciom, że nie każda ciecz, czyli nie każdy płyn, jest taki sam. Różnią się wieloma właściwościami takimi jak kolor i zapach, ale nie tylko. Różnią się również gęstością co sprawia, że jeden płyn może pływać na drugim, jak oczka tłuszczu w rosole.
Ciecze o różnej gęstości
mleko, kakao, woda, syrop cukrowy z niebieską farbką plakatową, żółtko i białko jaja kurzego, płyn do mycia naczyń i olej rzepakowy
Tęczowa wieża gęstości z cieczy o różnej gęstości – od góry:
olej rzepakowy, woda, płyn do mycia naczyń, żółtko jaj kurzego, mleko, białko jaja kurzego, kakao, niebieski syrop cukrowy.
Dzisiejszy eksperyment dla dzieci był przeprowadzony spontanicznie, stąd nietypowe mogą okazać się jego poszczególne składowe. Jego celem było zapoznanie dzieci z gęstością różnych substancji, przede wszystkim cieczy, ale przy okazji także niektórych ciał stałych.
Poniżej znajdziecie informacje czym jest gęstość i co to znaczy, że substancje różnią się gęstością między sobą.
Pierwsza tęczowa wieża gęstości
Na naszą pierwszą tęczową wieżę wybraliśmy ciecze o różnej gęstości znalezione w kuchennych szafkach i lodówce. Także w postaci sypkiej 😉
Okazało się, że miałyśmy zbyt mało różniących się właściwościami cieczy i musiałyśmy coś dorobić. Najłatwiej było przygotować syrop cukrowy, który dla efektu zabarwiłyśmy także na niebiesko. Do małej buteleczki wsypujemy kilka łyżeczek cukru i dodajemy niewielką ilość wody. Zakręcona buteleczka (lub słoiczek) ułatwia mieszanie i rozpuszczanie się cukru. Nie można dodać zbyt dużo wody, by uzyskana ciecz miała dużą gęstość.
Kolejną przygotowaną przez nas cieczą było kakao. Zwykłe sypkie kakao dobrze wymieszane z niewielką ilością mleka. Także i tu nie żałowałyśmy kakaa. Początkowo uzyskaliśmy nawet pastę kakaową, a nie ciecz.
Wlewanie cieczy po szklanej pałeczce
Pozostałe wykorzystane przez nas ciecze to mleko, woda, żółtko i białko jaja kurzego, płyn do mycia naczyń i olej rzepakowy.
Przyznam, że niektóre elementy nie wiedziałam na jakiej wysokości ostatecznie zostaną zlokalizowane. Chodzi mi tu o jajko. Nie było czasu na sprawdzanie jego gęstości w sieci. Pozostałe ciecze wlewałyśmy do szklanki w kolejności, od tej o największej gęstości, do tej o najmniejszej.
Ponieważ nasze doświadczenie fizyczne obejmuje wiele cieczy na bazie wody, a więc mieszających się ze sobą, precyzyjne uzyskanie granicy pomiędzy cieczami o różnej gęstości można uzyskać wlewając ciecz po pałeczce lub rurce opartej o naczynie tuż nad powierzchnią cieczy. Zdjęcie niestety nie wyszło – zabrakło mi rąk.
Nie jest to jednak konieczne. Można uważać przy wlewaniu cieczy na bazie wody, a część płynów rozdzieli się nawet przy chluśnięciu ich do szklanki prze dziecko 😉
W konsekwencji uzyskaliśmy wieżę składającą się z warstw, poczynając od dołu:
syrop cukrowy, kakao, białko jaja kurzego, mleko, żółtko jaj kurzego, płyn do mycia naczyń, woda, olej rzepakowy.
Przy kolejnym eksperymencie (tym razem dla syna), zrezygnujemy z kakaa. Zabrudziło wiele warstw, w tym białko, mleko i wodę. Unosiło się nawet na oleju.
Również jajko zachowywało się niezbyt elegancko. Ponieważ jest niejednorodne, większość białka zawiesiła się pomiędzy kakaem i mlekiem, lecz część wędrowała przez wszystkie warstwy do góry. Żółtko również nie umiało się zdecydować do końca, gdzie chciało zawisnąć. Zlokalizowało się pod płynem do mycia naczyń, ale z czasem zaczęło sunąć ku górze. Może z powodu przemieszczającego się białka, ale nie na pewno. Sprawdzimy następnym razem.
Jak zachowują się ciała w cieczy o różnej gęstości?
Do wieży gęstości dodajemy ciała stałe, także różniące się gęstością
Kolejnym etapem zabawy dla dzieci, a dokładniej eksperymentu fizycznego, było umieszczenie w wieży cieczy o różnej gęstości wybranych przez nas przedmiotów. Ja zaproponowałam córeczce monetę, plasterek marchewki i kawałek drewnianej wykałaczki, a córka dodała od siebie ziarenko jałowca i muszelkę.
W ten sposób dowiedziałyśmy się ;), że metalowa moneta ma największą gęstość – spadła na samo dno, a przyprawa i wykałaczka mają najmniejszą gęstość – unosiły się swobodnie na powierzchni oleju.
Jeśli chodzi o muszelkę. No cóż. Trudno powiedzieć gdzie się usadowiła. Czubek wystawał ponad warstwę oleju, a dolna część zanurzona była w warstwie wody. Gęstość muszli wraz z powietrzem w niej zawartym może wahać się zatem w okolicach gęstości oleju rzepakowego.
Plasterek marchewki umiejscowił się natomiast pomiędzy dwoma warstwami. Wodną i olejową, chociaż bardziej zanurzał się w wodzie, dzięki czemu marchewkę możemy skutecznie gotować.
Moneta na dnie wieży cieczy o różnej gęstości
Marchewka, drewniana wykałaczka i jałowiec w górnych warstwach wieży cieczy o różnej gęstości
Czym jest gęstość i co to znaczy, że substancje różnią się gęstością między sobą
Gęstość
[latex size=”3″]\rho=\frac{m}{V}[/latex]
[latex size=”3″][\frac{kg}{dm^{3}}] [/latex]
ρ [kg/dm3] – gęstość substancji wyrażona w kilogramach przypadających na 1 dm3 (litr) substancji
m [g] – masa substancji wyrażona w kilogramach
V [V] – objętość substancji
Gęstość z definicji oznacza masę (wagę) pewnej objętości substancji, niezależnie, czy jest to gaz, ciecz, czy ciało stałe. Na przykład jeden litr (czyli 1 dm3) wody w przybliżeniu ma masę 1 kg. Oznacza to, że woda ma gęstość w przybliżeniu równą 1 [latex][\frac{kg}{dm^{3}}] [/latex]
Używam terminu w przybliżeniu, ponieważ gęstość zależna jest od kilku czynników. Zmienia się ona wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia w otoczeniu, a także ilością rozpuszczonych w wodzie substancji.
Substancje różnią się między sobą gęstością gdy przy tej samej objętości mają one różną masę. Na przykład jeden lit oleju rzepakowego waży około 0,886 kg, co oznacza, że jest lżejszy od wody, a jego gęstość wynosi 0,886 [latex][\frac{kg}{dm^{3}}] [/latex].
