POKUSY S VODOU
Mnohé z pokusů, které jsme zde prováděli, lze snadno zjednodušit a provádět i s dětmi. Vždy jde o to, jaký sledujeme cíl a jaké pomůcky jsou nám v dané chvíli dostupné. Jiný cíl i vybavení budou mít rodiče doma či na výletě, opět jiné učitel ve škole. Jedním z hlavních společných cílů těchto pokusů je navodit v dítěti určitou bdělost vůči tomu, co se kolem něho děje a co již běžně nevnímá. Nenápadně ho upozornit na to, že všude kolem něho se dějí věci, které navzdory tomu, že se opakují, jsou neobyčejné, ba až zázračné. Děti zvyklé "zázrakům" televize, počítačů a moderních technických vymožeností ztrácejí schopnost žasnout, ztrácejí schopnost aktivně objevovat, schopnost bavit se namísto "nechat se bavit". Proto kdykoli se nám podaří zaujmout dítě nějakým jednoduchým pokusem, třeba s vodou, můžeme si připsat velký úspěch a zásluhu. Není to dnes již jednoduché. S oživením schopnosti žasnout nad takovými jevy jako je vír se zároveň probouzí nový vztah k přírodě i k obyčejným věcem kolem nás.
Proud vody
K tomuto pokusu docela postačí vodovodní kohoutek a umyvadlo. Co se děje když otočíme
vodovodním kohoutkem? Pomalu otevíráme vodovodní kohoutek. Zprvu jen váhavě kape. Potom jsou kapky stále rychlejší, zmenšují se, až se nakonec spojí do jednolitého vodního vlákna. Je průhledné a jak otáčíme dál kohoutkem, je stále silnějšÍ. O takovém klidném toku vody říkáme, že je "laminární". Víme, že voda nyní proudí shora dolů, ale vidět to vlastně nenÍ. Na spodním konci se paprsek vody většinou roztrhá do mnoha kapek. Když budeme kohoutkem otáčet ještě trochu víc, vodní proud se stočí a zakalí se. Najednou bude neprůhledně bělavý, začne bublat a stříkat. Proud vody se změnil z "laminárního" na "turbulentní". Pozoruhodné je, že právě onen vlastně průhledný vzduch, který voda s sebou strhává, způsobuje, že voda ztrácí svou průhlednost.
Než se objeví turbulentní proudění, prochází proud vody některými změnami, které nejsou u každého vodovodního kohoutku stejné. Mnohé kohoutky mají zabudované sítko, které můžeme i prstem nahmatat. Toto sítko způsobuje, že voda teče z kohoutku spíše turbulentně. Turbulentní voda se nám zdá měkčÍ.
Překážky v proudu vody
V prvním pokusu šlo o odlišení různých typů proudění. V druhém se poprvé setkáme s tzv.
kapilárními vlnami. K tomu nám opět postačí vodovodní kohoutek a umyvadlo, dále vlastní prst, ping-pongový míček a jehla, případně celá řada předmětů, které si můžeme sami zvolit. Otočme vodovodním kohoutkem jen tak, aby proud vytékající vody zůstal laminární, tedy průhledný a rovnoměrný. Podržme nejprve v proudu prst, tím zrušíme jeho pravidelný tvar. Pod prstem teče voda turbulentně. Nad prstem vzniká něco nového. Laminární proud jakoby se zde hromadil, udělal se na něm jemný kruhovitý vzor. To jsou "kapilární vlny". Nejlépe to uvidíme na tenkém proudu vody, který přerušíme asi 2 cm pod kohoutkem. Můžeme teď napíchnout na jehlu pingpongový míček a podržet jej uprostřed tenkého proudu vody. Voda teče kolem míčku a pod ním se znovu stéká do jednoho proudu. Vypadá. to, jakoby voda zůstala viset na míčku.
Vezměme si třeba dřevěné prkénko a dáme ho do proudu vody. Pozorujeme, jaký proud se tvoří pod prkénkem, když jej držíme v proudu rovně či šikmo, vysoko nebo nízko. Zkoušíme docílit vodní závoj.. Všímáme si, jak se na prkénku a ve vodních závojích tvoří zřetelně kapilární vlny. Můžeme vyzkoušet, jak proudění vody ovlivňují jiné předměty (slámka, tužka, lžíce, vidlička, nůž, hřeben, kostky ze stavebnice, lopatka na písek, sítko atd.). Vezmeme si tenkou fólii z umělé hmoty, přehneme ji tak, aby voda stékala přes zaoblený přehyb. Co se děje? Dole pod fólií se voda zase poměrně klidně stéká do jednoho proudu. Tento tvar změní proud málo, takovéto protažené kapky proto nazýváme "lineárně proudivé útvary". Teď ohneme fólii tak, aby vznikl plochý žlábek. Podržíme jej v proudu vody, jednou více prohnutý, podruhé plochý, potom přidáváme nebo ubíráme vodu. Přitom můžeme jednu zvláštní vlastnost vody. Člověk by si myslel, že.voda v žlábku poteče přímo tou nejkratší cestou. Čím víc se ale blíží ke konci, tím se vodní proud stále více stáčí hned na tu, hned na onu stranu, neteče jednoduše rovně. Tuto zvláštnost mají také řeky. Oblouky, které voda tvoří, se nazývají "meandry".
Prstencové víry ve vodě
K tomuto pokusu již budeme potřebovat předem připravené pomůcky - kapátko, trochu
obarvené vody (např. potravinářským barvivem, zavařovací sklenici, teplou i studenou vodu.
Vezmeme dvě sklenice od zavařeniny a naplníme jednu studenou, druhou horkou vodou. Obě sklenice necháme asi pět minut stát. Tím se teprve voda náležitě zklidní. Vezmeme si kapátko a nabereme do něho obarvenou vodu. Pustíme kapku barevné vody z malé výšky na hladinu vody v jedné a potom druhé sklenici. Můžeme také ponořit kapátko do vody a stisknutím gumy vpustit trochu barvy do čisté vody. Uvidíme, jak do vody klouže prstenec víru a klesá dolů. Nakonec se rozplyne. Někdy se tvoří vedlejší malé kroužky. Barevná voda se jako mrak zvolna rozplývá ve sklenici. V teplé či dokonce horké vodě se prstence vírů udrží déle než
v chladné. Můžeme si všimnout_Jak se vír při svém putování vodou zavíjí d o sebe. Tento jev se nazývá "prstencový vír"
Co ještě se děje v obou sklenicích s vodou? V horké vodě se barva velmi rychle rovnoměrně rozprostřela. Naproti tomu ve studené vodě stojí barevná voda dole při dně sklenice, v horní části sklenice se voda skoro neobarvila. Počkáme chvíli, jak dlouho potrvá, než se barva
v chladné vodě úplně rozplyne. Někdy to trvá celé hodiny! Jedním z poznatků z tohoto pokusu je, že teplá a studená voda se mísí různě rychle.
Studené a teplé vodní proudy
Dopředu si vyrobíme barevné kostky ledu z obarvené vody. Kromě pomůcek z předchozího
pokusu můžeme tento obohatit použitím ohřívače - elektrické spirálky.
Vezmeme si jednu ledovou barevnou kostku a vhodíme do sklenice od zavařeniny s klidnou studenou vodou. Studená obarvená voda z plovoucí tající kostky proudí pomalu dolů.
Stejný pokus teď zopakujeme s teplou a potom horkou vodou. Také teď proudí obarvená chladná voda ke dnu sklenice, ale podstatně rychleji. Mění se také tvar barevných mráčků? rozbíhají se daleko živěji.
Když studená voda klesá dolů, dá se předpokládat, že teplá bude stoupat nahoru. Vyzkoušejme si to: vpouštíme opatrně horkou obarvenou vodu z kapátka do sklenice se studenou vodou. Horká voda klesne nejprve rychlým pohybem dolů, potom opět stoupne, rozprostře se a nahoře u hladiny se zklidní.
Daleko lépe to bude vidět, když do sklenice od zavařeniny se studenou vodou vložíme malý ponorný vařič - spirálku. Obarvená voda, kterou vkapáváme kapátkem do blízkosti horkých závitů vařiče, zřetelně stoupá nahoru.
Odpor vody a kruhový vír
Odpor, který voda klade a víry, které se přitom tvoří, si můžeme ukázat na mnoha příkladech
- např. pádlování.
S vlastním dítětem můžeme experimentovat při koupání doma ve vaně. Napustíme vodu do vany nebo do vaničky a už můžeme "experimentovat". Zkoušíme, jak voda klade odpor, když jí projíždíme rukou nebo jinými předměty. Můžeme také dát do vany nějakou překážku a vytáhnout špunt. víry, které se kolem překážky tvoří, můžeme zviditelnit vkápnutím trochu obarvené vody před překážkou. Pro zpomalení odtoku vody je možné do odtoku vložit pingpongový míček. Tím také zvětšíme odtokový vír.
Jinak si můžeme tyto jevy přiblížit třeba za pomoci plechu na pečení a trochy jedlého oleje.
Vezmeme si tmavý plech na pečení a potřeme jej důkladně asi lžící jedlého oleje. Potom necháme vtékat na plech trochu vody. Dokud je na plechu vody jen velmi málo, plazí se po mírně nakloněné ploše nezvykle pomalu.
Naplníme teď plech do výše asi půl centimetru až centimetr vodou. Když se D.a hladinu vody podíváme proti světlu, rozpoznáme podle toho, jak na ní bude dopadat světlo, stopy oleje. Vezmeme ploché prkénko a projedeme jím pomalu vodou. Ve vrstvě oleje bude vidět, co voda dělá. Na počátku pohybu vzniknou hned za prkénkem dva malé víry, to jsou "rozjezdové víry". Po krátké době jeden vír potlačí druhý. Za prkénkem se tvoří nové a nové víry, jeden za druhým se stáčejí vždy na opačnou stranu. Prkénko, které táhneme vodou, za sebou zanechává vírovou stezku.
Vlny na vodě
Na vodu nalitou na plech na pečení nakapáme kapátkem několik kapek vody a pozorujeme kruhové vlny, které přitom vznikají. Potom vodu opatrně šploucháme ze strany na stranu a křížem krážem. Tak vytvoříme malé vlny, které běží stejnoměrnou rychlostí po vodní hladině. Malé vlny, které pospíchají před velkými se nazývají kapilární vlny. Znovu necháme běhat sem a tam. Tyto vlny mění polohu písku. Ten se sbírá do "písečných hrází" nebo do kupek. Nebo tvoří malé struktury, které se mění vždy, když se změní směr nebo rychlost protřepávání. Čas od času je třeba opět písek prstem po celém plechu.
Tlak vody
Existuje něco, o co se normálně nestaráme, protože si to neuvědomujeme. Je to tlak média,
v němž se pohybujeme. My žijeme ve vzdušném oceánu, ryby v oceánu vodním. Obě dvě tato
,prostředí mají svůj tlak, sílu, která tlačí, působí na všechny předměty i bytosti, které v něm žijí. Zdálo by se, že tlak vzduchu je poměrně slabý, ale zkusme si malý pokus s vodou vezměme skleničku, naplňme ji až po okraj vodou. Potom položíme opatrně na sklenici list rovného suchého papíru. Teď opatrně otočíme - voda nevyteče.
Tlak vody je samozřejmě silnější než tlak vzduchu a navíc v různé hloubce různý. To si můžeme také jednoduše ukázat. Vezmeme si prázdnou PET láhev a provrtáme v její dolní povinně tři nebo čtyři malé otvory přesně nad sebou. Můžeme k tomu použít třeba hřebík nahřátý nad svíčkou. Naplníme láhev s otvory vodou a postavíme ji na okraj vany. Voda vytéká otvory tenkými praménky, ale ne stejnou silou - spodní do stříknou dál, protože u dna láhve e tlak vody větší.
Ponoříme-li do umyvadla nebo vany pingpongový míček, ihned vypluje nahoru. Voda ho vytlačí ven. Vytáhneme-li ale špunt a míček umístíme do odtokového otvoru, zůstane tam přisátý. Tlak vody shora jej stlačuje dolů. Čím větší sloupec vody je v umyvadle nebo vaně, tím hůře půjde míček odtrhnout.
S tlakem vzduchu a vody souvisí i další pokus. Potřebujeme k němu dvě nádoby -lavor (umývadlo apod.) a menší sklenici, třeba zavařovačku. Zavařovačku ponoříme do vody tak, aby se naplnila vodou a potom ji obrátíme hrdlem dolů a dnem nahoru. Opatrně ji zvedáme tak, aby hrdlo bylo pořád ponořené ve vodě. Voda ze sklenice nevyteče, dokud nevyzvedneme nad hladinu i hrdlo. Pokud ve fázi, kdy máme zavařovačku nad hladinou, do ní vpustíme zespodu pingpongový míček, ihned vyletí nahoru ke dnu obrácené sklenice.
Sání vody
Napouštíme vodu do umývadla a do proudu přitékající vody vložíme pingpongový míček.
Proud jej uchopí a nepustí. Dokonce i když rukou proud vody trochu odkloníme, míček zůstane v proudu.
Proud vody stříkající směrem vzhůru míček také pevně uchopí. Vyzkoušet si to můžeme tak, že se zahradní hadice odšroubujeme trysku. Potom uchopíme konec hadice tak, aby mířil přímo nahoru a opatrně otočíme kohoutkem. Voda by neměla stříkat výš než 10 cm. Zkusíme teď umístit míček do proudu vody. Možná se nám podaří, že míček začne tančit na vodě.
Také vodní víry mají savou sílu. Tohoto jevu se obávají kajakáři sjíždějící jezy nebo peřeje. Za takovým jezem se tvoří silné víry.
Švýcarský fyzik Bernoulli asi před 2590 lety objevil, že proudy vtahují předměty ve své blízkosti do sebe. To platí o proudění vody, stejně jako vzduchu.
Také dvě lodi, které se setkají, jsou prouděním mezi sebou navzájem přitahovány. Můžeme si tento jev vyzkoušet doma v umývadle se dvěma pomeranči, mandarinkami nebo jablky. Napustíme umývadlo asi do poloviny vodou, potom necháme vodu tenkým proudem stále přitékat. Vložíme dvě jablka nebo pomeranče těsně vesle sebe napravo a nalevo vedle vtékajícího proudu vody. Proud je ihned nasaje a přesně pod pruhem vody se k sobě přitisknou. Teprve když se jedno z jablek dostane do proudu, je to druhé opět volné, Tento pokus vyžaduje jistou šikovnost, aby se obě jablka dostala do tahu současně a jedno nevytlačilo to druhé.
Síla vody
Nejlépe si ji můžeme ukázat, když si zhotovíme jednoduché vodní kolo. Například zvětší
zátky, kterou ze čtyř stran nařízneme a pak do zářezů vtlačíme po jedné tenké dřevěné nebo kovové destičce. Pro ukázku stačí i rozebraná krabička od sirek. Zátku propíchneme silným' drátem nebo pletací jehlicí - tak získáme osu vodního kola. Pak již stačí kolo vhodně umístit do proudu tak, aby se mohlo otáčet, a pokus je hotový.
Voda teče do kopce
Skoro všude můžeme pozorovat, jak voda teče s kopce dolů. Je dobré se ale zamyslit nad tím,
kdy teče voda také do kopce. Můžeme to dětem předložit třeba jako hádanku.
První možnost:
Teplá voda v chladnější vodě proudí vzhůru. Toto proudění se využívá v boilerech na
ohřívání vody. Nahoře se shromažďuje teplá voda, kterou odebíráme otevřením vodovodního kohoutku, dole přitéká opět studená voda.
Voda teče vzhůru také tehdy, když narazí na nějakou překážku. Když nalijeme do sklenice po jedné straně vodu, vyhrne se voda na druhé straně vzhůru. Několika kapkami barvy si můžeme cestu protékající vody zviditelnit.
Dvě nádoby spojené dole trubicí mají vždy stejně vysokou hladinu vody. Jestliže nalijeme vodu na jedné straně, stoupne hladina i v druhé nádobě. Říká se tomu princip "spojených nádob". Můžeme si to vyzkoušet s kouskem zahradní hadice. Naplníme hadici vodou a držíme oba dva konce stejně vysoko. Když dáme jeden konec níž, voda se vyhrne ven, zatímco na druhém konci hladina vody poklesne. Tímto způsobem se voda dostává také do vašich vodovodních kohoutků, i když přitéká do domu dole ve sklepě. Někde nedaleko vás se nachází vodárenská věž. Ve věži se voda načerpá do takové výšky, aby byla výše než nejvýše položený kohoutek ve městě. Pomocí kousku hadičky můžeme vysát vodu z vědra. Postavíme vědro plné vody na židli, vedle dáme prázdné vědro na podlahu. Jeden konec hadičky vložíme do vody v hořejším vědru. Potom nasajeme ústy vodu z druhého konce hadičky. Když nasajeme vodu až do úst, rychle přidržíme konec hadice a necháme jej viset dolů do prázdného vědra. když konec pustíme, začne voda přetékat z vrchního do spodního vědra. Tento princip se nazývá "násoska".
Do sklenice s vodou ponoříme jedním konečkem kostku cukru. Brzy zvlhne celá kostka. Totéž můžeme zkusit i s pijákem. Zakrátko voda vystoupá po pijáku nahoru. Do sklenice plné vody ponoříme kapesník a necháme jej zčásti viset přes okraj. Po chvíli začne z cípu kapesníku visícího vedle sklenice kapat voda, kapesník brzy vysaje ze sklenice celou louži vody. S houbou to jde také. Tyto savé síly, které vodu táhnou vzhůru, nazýváme "kapilární síly". Tento jev se nazývá vzlínavost.
Vodní hodiny
S trochou trpělivosti si můžeme s dětmi vyrobit uzavřené či otevřené vodní hodiny.
Potřebujeme k tomu dvě nádoby z umělé hmoty. Jedna může být třeba třetinka, druhá půllitrová a jejich hrdla by do sebe měla zapadat. Můžeme je spojit třeba tím, že přes ně přetáhneme pružný prasklý nafukovací balónek. Jestliže je otvor menší láhve širší, než je třeba, můžeme použít korkovou zátku s provrtaným otvorem a tím prostrčíme krátkou trubičku (brčko), zatlačíme ji do hrdla menší láhve a několikrát neprodyšně ovážeme nití. Do větší láhve nalijeme třeba dvě deci vody, na ni postavíme hrdlem dolů menší láhev opatřenou gumou z balónku a zátkou s trubičkou a soustavu lahví obrátíme. Jestliže se hodiny podaří, měla by se každou vteřinu ze spodní nádoby vznést jedna bublina do horní, a z horní nádoby by spadla jedna kapka vody do spodní. Na spodní láhvi si potom můžeme udělat stupnici. Problém je však, když dojde voda v horní sklenici i s přesným vyměřením otvoru pro protékání. Proto jsou jednodušší otevřené vodní hodiny. Tam nám stačí kterákoli nádoba, nad kterou navěsíme svisle láhev z průsvitné plastické hmoty dnem dolů. Ve dnu prorazíme malý otvor, kterým může pomalu kapat voda a nahoře necháme hrdlo láhve otevřené. Časová stupnice zde bude samozřejmě na horní nádobě. Od hrdla směrem dolů budou na ní vzdálenosti mezi čarami stále větší.
Pokus s vínem
Vezmeme dvě sklenky na víno a obě je naplníme až po okraj: jednu vodou, druhou červeným vínem. Sklenku s vodou přikryjeme listem papíru, přitiskneme list dlaní a obrátíme skleničku otvorem dolů. Už byla řeč o tom, že klidně můžeme dlaň odtáhnout a voda se nevylije. Takto můžeme bezpečně umístit sklenku s vodou na sklenku s vínem, aby se jejich otvory přesně
překryly. Pak opatrně posuneme papír o tolik, aby vznikla při okraji sklenek mezi vodou a vínem malá skulina. víno je lehčí, protože je v něm alkohol. A tak můžeme pozorovat, jak
vzlíná vzhůru a na jeho místo pomalu klesá voda. Když obratně skulinku ještě více zvětšíme, aby se výměna zrychlila, za 10 - 15 minut, ale nejvýš za půl hodiny už vrchní sklenka bude naplněná vínem a spodní vodou. (Protože se však ani při největší opatrnosti nedá zabránit mírnému promísení, zůstane zpravidla i ve spodní sklence na hladině vody tenká vrstva červeného vína.)
Závěr
Možností experimentovat s přírodninami je nesčetně. přeji vám, aby se vám podařilo nejen obohatit děti o nové poznatky a zkušenosti, ale aby se při vašem společném experimentování doma či ve škole podařilo navodit i lepší sociální prostředí, aby se současně obohatily i vztahy mezi vámi a dětmi i dětmi navzájem.
Použitá literatura:
. D.Varga - Co dokáže voda a vzduch. Vyd. Albatros, Praha 1984. . Wirbel in Wasser und Luft. Vyd. Wa1ter Kraul, Icking.
připravila Yveta Kožíšková
vlny sem a tam a pozoruj proti světlu olejové skvrny. Skoro se nemění, vypadá to, jakoby vlny běžely pod touto olejovou vrstvou. Tam, kde se pohybují vlny, tedy nemusí téci žádná voda.
Teď kápneme uprostřed na olejovou vrstvu kapku roztoku na mytí nádobí. Olej se bleskově rozprchne do stran. Když znovu necháme přebíhat po hladině vlny, uvidíme, že se kapilární vlny zmenšily. Způsobil to tento roztok!
Trychtýř víru ve vodě
Vírové trychtýře si můžeme zviditelnit jednoduše vkápnutím obarvené vody do zamíchané
vody ve sklenici. Postavíme před světlé pozadí sklenici naplněnou do poloviny vodou a silně zamícháme. Ze strany je vidět, jak se na vodní hladině utvoří prohlubenina. Potom nakapáme do vody trochu barvy. Barva se vyskládá do závojů kolem středu otáčení. Uvnitř voda rotuje rychleji než dál od středu.
Místo tekuté barvy vložíme do otáčející se vody malou kostku obarveného ledu. Tak můžeme celé minuty pozorovat, jak se chová voda v otáčejícím s víru. Tyto jevy budou ještě hezčí, když použijeme mírně teplou vodu.
Trošku náročnější na přípravu je tento pokus:
Potřebujeme starou průhlednou láhev z umělé hmoty, například od limonády. Odstřihneme nebo uřízneme jí dno, do uzávěni vyvrtáme 4 - 5 mm široký otvor a jeho hrany očistíme nožem. Do umývadla položíme žínku. Takto upravenou láhev otočíme a postavíme ji uzávěrem dolů. tím bude malá dra v uzávěru zprvu zakryta. Připravíme si lahvičku s barvou a půl zápalky. Naplníme láhev teplou vodou a uvedeme jimícháním násadou vařečky dá rychlého pohybu. Nakonec zvedneme láhev s vířící vodou vzhůru, otvor se tím uvolní a voda začne vytékat.
Ze strany je dobře vidět, co se v láhvi děje. Ve středu láhve víří vtékající voda tak rychle, že vznikne vzduchová hadice. Když s láhví trochu zakýváme, rozhýbe se tato hadice jako živý had.
Vkápnutím barvy je ještě lépe vidět, jak voda víří. Zkusíme také vhodit do víru půlku zápalky. Na hladině se bude točit-vždy uprostřed víru, ve vzduchové hadici se bude točit ohromnou rychlostí.
Stopy vody
Voda modeluje pevné látky, s nimiž přichází do styku. Můžeme to vidět na mořské pláži,
když stojíme v dosahu vln a" naše nohy se stále více propadají do jemného písku. Můžeme pozorovat měnící se profil písečného dna odkrývajícího se za odlivu nebo tvary dna
v mělčinách. Doma nám k tomu opět poslouží plech na pečení, tentokrát bez oleje, a trocha jemného písku. Nasypeme do sklenice od zavařeniny plné vody trochu písku silně zamícháme. Potom necháme vodu, ať se uklidní. Voda vtiskne nakonec písku vlastní vzor! Podle nádoby a síly míchání přitom vznikají různé tvary.
Nasypeme trochu písku na čistý plech na pečení. Potom opět nalijeme na plech vodu, asi tak do výše půl centimetru. Přitékající voda písek víří. Když se písek usadí, projedeme prstem vodou a rozprostřeme písek rovnoměrně po celém plechu. Potom položíme plech na stůl nebo na podlahu a pokud možno stejnoměrně s ním potřásáme sem a tam. Podle toho, jakým směrem, jak rychle a kolikrát přitom plechem třeseme, se utvoří vlny, které běží po plechu