Cum să zdrobiți o cutie cu presiunea aerului

Puteți zdrobi o cutie de sifon folosind doar o sursă de căldură și un castron de apă. Aceasta este o mare demonstrație vizuală a unor principii științifice de bază, inclusiv presiunea aerului și conceptul de vid. Experimentul poate fi realizat de profesori ca o demonstrație sau de studenți mai în vârstă sub supraveghere.

conținut

Pași
Partea 1Împușcați o cutie de sifon
Partea 2cum funcționează
Partea 3ajutați elevii să învețe din experiment
Sfaturi
Avertismente
Materiale necesare
Surse și cotatii

pași

Partea 1
Împușcați o cutie de sifon

Imagine intitulată Împroșați o cutie cu presiunea aerului Pasul 1

Puneți puțină apă într-o cutie de sifon gol. Clătiți cutia cu apă și lăsați în partea de jos a recipientului aproximativ 15-30 ml (1 până la 2 linguri) de apă. Dacă nu aveți o lingură de măsurare, turnați suficientă apă pentru a acoperi partea inferioară a cutiei.

Imagine cu titlul Împroșați o cutie cu presiunea aerului Pasul 2

Pregătiți un castron de apă cu gheață. Umpleți un castron cu apă cu gheață și gheață sau cu apă care a fost păstrată la frigider. Un castron suficient de adânc pentru a ține recipientul poate face mai ușor efectuarea experimentului, dar nu este necesar. Un bol transparent va facilita vizionarea cutiei zdrobite.

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 3

Obțineți ochelari și pensete de protecție. În acest experiment, veți încălzi rezervorul de sifon până când apa din interior se fierbe, apoi mutați-o repede. Toți cei din apropiere ar trebui să poarte ochelari de protecție împotriva pătrunderii în cazul în care apa fierbinte stropeste în ochii cuiva. Veți avea nevoie, de asemenea, de o pereche de clește pentru a ține flaconul fierbinte fără a arde și apoi îl rotiți cu capul în jos în interiorul bolului cu gheață. Practicați cutia cu pensete pentru a vă asigura că acestea se pot menține ferm.

Continuați să supravegheați doar un adult.

Încălziți cutia pe sobă. Poziționați cutia de agent frigorific într-unul dintre duzele de gătit, apoi setați temperatura în jos. Lăsați apa din exteriorul recipientului să fiarbă, să buleze și să elibereze aburul timp de aproximativ treizeci de secunde.

Dacă miroși ceva ciudat sau metalic, du-te imediat la secțiunea următoare. Apa s-ar putea să fi evaporat complet sau căldura ar fi putut fi prea ridicată, cauzând topirea vopselei sau a aluminiului.
Dacă gura sobei dvs. nu poate susține recipientul de sifon, utilizați o placă electrică sau cleștele cu clești rezistenți la căldură pentru a ține recipientul pe sobă.

Imagine cu titlul Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 5

Utilizați pensetele pentru a răsuci recipientul fierbinte cu capul în jos în interiorul apei înghețate. Țineți pensetele cu palma mâinii în sus. Utilizați cleștii pentru a ridica recipientul, apoi răsuciți-l rapid peste apa înghețată, lăsându-l în vasul de apă.

Pregătiți-vă pentru un zgomot puternic atunci când recipientul este zdrobit rapid!

Partea 2
Cum funcționează

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 6

Aflați despre presiunea aerului. Aerul din jurul dvs. vă presează corpul și toate celelalte obiecte cu o presiune de până la 101 kPa când vă aflați la nivelul mării. Aceasta ar fi în mod normal o presiune suficientă pentru a zdrobi o cană de sifon, singură sau chiar o persoană! Acest lucru nu se datorează faptului că aerul din interiorul unei cutii de agent frigorific (sau materialul din interiorul corpului) se împinge cu aceeași presiune și, de asemenea, că presiunea aerului "anulează" când împinge împotriva noastră din toate direcții în mod egal.

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 7

Aflați ce se întâmplă atunci când încălziți cutia cu apă. Când apa din cutie se fierbe, s-ar putea să văd că începe să scape ca niște picături mici în aer sau aburi. O parte din aerul din cutie este împins atunci când se întâmplă acest lucru pentru a face loc extinderii norilor de picături de apă.

Deși poate pierde o parte din aerul din interior, acesta nu este încă zdrobit, deoarece vaporii de apă care au luat locul aerului împing în interior.
În general, cu cât încălzi mai mult lichidul sau gazul, cu atât mai mult se extinde. Dacă este un recipient închis și nu poate continua să se extindă, acesta exercită o presiune mai mare.

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 8

Înțelegeți cum este zdrobită cutia. Când recipientul este răsturnat cu apă gheață, situația se schimbă în două moduri. În primul rând, recipientul nu mai este deschis la aer, deoarece apa blochează deschiderea. În al doilea rând, vaporii de apă din interiorul recipientului se răcesc din nou. Vaporii de apă se restrânge din nou la volumul inițial, cantitatea mică de apă care se afla în partea de jos a recipientului. Dintr-o data, cea mai mare parte a spatiului din recipient este goala - nici macar nu contine aer! Aerul care a fost presat pe partea exterioară a recipientului nu mai simte brusc rezistență, astfel că recipientul este zdrobit din interior.

Un spațiu care nu are nimic este numit "vid".

Imagine cu titlul Împroșați o cutie cu presiunea aerului Pasul 9

Urmăriți-l pe acesta să descopere îndeaproape un efect al experimentului. Apariția unui vid sau a unui spațiu gol în interiorul recipientului are un alt efect, în afară de zdrobirea cutiei. Urmăriți-l cu atenție pe măsură ce îl coborâți în apă și din nou când îl ridicați. Este posibil să observați o cantitate mică de apă care este aspirată în recipient și apoi din nou. Acest lucru se datorează faptului că presiunea apei se împinge împotriva deschiderii recipientului, dar numai suficient de puternică pentru a umple o parte din cutie înainte ca aluminiu să fie zdrobit.

Partea 3
Ajutați elevii să învețe din experiment

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 10

Întrebați elevii de ce vasul a fost zdrobit. Vezi dacă au vreo idee despre ce sa întâmplat cu cutia. Nu afirmați sau nu respingeți niciunul dintre răspunsuri în acest stadiu. Recunoaște fiecare idee și cere elevilor să explice procesul de gândire pe care îl aveau.

Imagine cu titlul Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 11

Ajutați studenții să inventeze variații pentru experiment. Cereți elevilor să vină cu experiențe noi pentru a testa orice idee pe care o au și să întrebe ce crede că se vor întâmpla înainte de a conduce noul experiment. Dacă întâmpină dificultăți în a obține idei noi, ajutați-i. Iată câteva variante care pot fi utile:

Dacă un student constată că apa (nu vaporii de apă) din interiorul recipientului a fost responsabilă de faptul că a fost zdrobită, cereți elevului să umple o cutie de apă întregă pentru a vedea dacă recipientul este zdrobit.
Încercați același experiment cu un container mai robust. Un material mai greu ar trebui să dureze mai mult pentru a fi zdrobit, ceea ce va da mai mult timp pentru a umple apa răcită.
Încercați să lăsați produsul să se răcească pentru o perioadă scurtă de timp înainte de al pune în baia de gheață. Acest lucru va duce la prezența mai multor aeruri în cutie și, prin urmare, la zdrobirea mai puțin severă.

Imagine intitulată Stropiți o cutie cu presiunea aerului Pasul 12

Explicați teoria din spatele experimentului. Utilizați informațiile din secțiunea Cum funcționează pentru a le învăța pe elevi de ce este zdrobită cutia. Întrebați dacă se potrivește cu ceea ce au crezut pentru noile experimente.

sfaturi

Coborâți recipientul în apă cu ajutorul pensetă, în loc să îl aruncați pur și simplu.

avertismente

Cană și apă din interior vor fi fierbinți. Cereți participanților să se deplaseze în timp ce recipientul este plasat în apă pentru a preveni rănirea cauzată de apă caldă.

* Copiii în vârstă (cu vârsta de peste 12 ani) pot efectua această activitate singură, dar "numai" sub supravegherea unui adult! Nu permiteți niciodată mai multor persoane să demonstreze în același timp, cu excepția cazului în care sunt prezenți mai mulți supraveghetori.