5 простых и безопасных опытов на новогодние каникулы — повторите вместе всей семьёй

Близится долгожданный отдых — новогодние каникулы. Это прекрасное время не только для отдыха и веселья, но и для совместного творчества и изучения окружающего мира. Чтобы новогодние праздники прошли с пользой, можно вместе всей семьей провести экспериментов, которые помогут глубже понять законы химии, физики и ботаники. Все опыты подготовлены молодыми учёными в рамках проекта «В центре науки» (наука.цпм.рф) Центра педагогического мастерства столичного Департамента образования и науки. Эти эксперименты просты в исполнении, безопасны и заинтересуют даже совсем маленьких исследователей.

Опыт № 1. Волшебный вулкан

Простой эксперимент демонстрирует процесс химической реакции с выделением газа.

Что понадобится: пищевая сода, уксус, краситель пищевой, вода, глубокая тарелка или чашка.

Порядок действий:

1. Налейте немного воды в тарелку и добавьте пару капель пищевого красителя.
2. Насыпьте две столовые ложки соды прямо поверх краски.
3. Добавьте около четверти стакана уксуса.

Наблюдаемое явление: после добавления уксуса начинается бурная реакция, сопровождающаяся шипением и образованием пузырьков. В центре тарелки появляется столб пены, похожий на миниатюрный вулкан.

«Происходит химическая реакция между уксусной кислотой и пищевой содой. Пищевая сода является основанием, а уксус — кислотой. Волшебный вулкан «извергается», потому что при смешивании происходит быстрая химическая реакция с выделением большого количества углекислого газа (CO₂). Газ образует пузырьки, которые, вспенивая смесь, создают красочную пенящуюся «лаву»», — объяснил с.н.с. лаборатории кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа ИОНХ РАН, популяризатор науки, создатель ТГ-канала «НаукаМАН» Мгер Навасардян.

Где встречается данное явление: самый яркий пример использования — пожаротушение. Принцип реакции (выделение углекислого газа CO₂) лежит в основе работы химических пенных огнетушителей и некоторых систем пожаротушения. Также такие реакции используются в кулинарии (выпечка), при создании бытовых чистящих средств и производстве газированных напитков.
 

Опыт № 2. Волшебные снежинки из соли: кристаллизация на практике

Создание декоративных солевых кристаллов станет прекрасным занятием на зимние праздники.

Что потребуется: поваренная соль, горячая вода, нитка, карандаш, стеклянная банка.

Ход эксперимента:

1. Наполните банку горячей водой почти доверху.
2. Постепенно растворяйте соль, помешивая ложечкой, пока соль перестанет растворяться.
3. Привяжите нить к карандашу и опустите её вертикально в горячий раствор.
4. Оставьте банку в прохладном месте на сутки.

Полученный эффект: через некоторое время на нити начнут образовываться мелкие прозрачные кристаллики соли, постепенно увеличиваясь в размерах.

««Волшебные снежинки» из соли появляются благодаря естественному процессу кристаллизации. Перенасыщенный соляной раствор, остывая и испаряясь, стремится избавиться от «лишней» соли. Она осаждается на нитке-затравке, образуя красивые прозрачные кристаллы, форма которых отражает атомную структуру поваренной соли. Это наглядная демонстрация того, как из хаотичного раствора рождается упорядоченное твёрдое тело», — рассказал  Мгер Навасардян.

Где встречается данное явление: самый масштабный пример — получение и очистка веществ в промышленности. Принцип «растворить, а затем выкристаллизовать» лежит в основе производства огромного количества продуктов. Природным аналогом является образование минералов.

Опыт № 3. Генератор статического электричества — чудо-шарик

Опыт отлично демонстрирует взаимодействие электрических зарядов.

Что нужно подготовить: воздушный шарик, шерстяной свитер или меховая шапочка, небольшие кусочки бумаги, металлическая ложка.

Последовательность шагов:

1. Надуйте шарик и крепко завяжите его.
2. Потрите поверхность шара шерстяной тканью или мехом энергичными движениями в течение 20–30 секунд.
3. Приблизьте шарик к маленькому кусочку бумажки и наблюдайте за его движением
4. Мех (шерсть) тоже наэлектризуется, к нему бумажки будут притягиваться, как и к шарику.
5. Попробуйте прикоснуться металлической ложкой к шару и посмотрите, изменится ли поведение кусочков бумаги.

«Шарик (как и шерсть) начнёт притягивать кусочки бумаги словно магнит, хотя никакой магнетизм здесь не задействован. Дело в том, что при трении происходит перераспределение электрических зарядов на поверхности шерсти и шарика: шерсть получает дополнительный отрицательный заряд, а шарик — такой же по величине положительный заряд. Оба типа зарядов создают вокруг себя электрическое поле, которое «чувствуют» заряженные частицы внутри бумажек и притягиваются», — описала процесс канд. пед. наук и старший научный сотрудник ИЗМИРАН Наталия Шлык.

Где встречается данное явление: на основе этого эффекта, например, работает копировальная техника. Устройство электризует определённые участки листа бумаги, к которым затем притягиваются мельчайшие частицы красящего вещества. Прикосновение металлической ложкой, которая является хорошим проводником электричества, «снимает» избыточный заряд с шарика, уводя его в более массивное тело — вашу руку, а затем в землю. По такому же принципу, например, работает молниеотвод!

Опыт № 4. Неньютоновская жидкость

Что нужно: кукурузный крахмал (или картофельный крахмал), вода, большая миска или контейнер, деревянная ложка или лопатка, мерные ложки или стакан, краски.

Последовательность шагов:

1. Подготовка рабочего места: выберите удобную рабочую зону, покрытую клеёнкой или плёнкой, чтобы избежать беспорядка.
2. Выбор пропорций: обычно берётся соотношение крахмала и воды примерно 2:1. Например, на 2 части кукурузного крахмала возьмите 1 часть воды.
3. Смешивание компонентов: в миску высыпьте необходимое количество крахмала. Начинайте постепенно добавлять воду, одновременно интенсивно перемешивая деревянной ложкой или лопаткой. Добейтесь консистенции густой пасты.
4. Проверка консистенции: готовая неньютоновская жидкость должна быть довольно плотной и тягучей. Если смесь получилась слишком жидкой, добавьте немного крахмала. Если слишком густой, долейте немного воды.
5. Тестирование свойств:

• Попробуйте ударить кулаком по поверхности жидкости — и вы почувствуете твёрдость.
• Попытайтесь медленно ввести руку в жидкость — она станет мягкой и плавно уступит место руке.
• Можно подбрасывать смесь небольшими порциями и ловить — вы ощутите жёсткость и упругость при падении.

6. Дополнительные наблюдения: если хотите дополнительно разнообразить эксперимент, попробуйте покрасить жидкость несколькими разными пищевыми красителями. Получившиеся оттенки будут смешиваться необычным образом, подчёркивая особенности неньютоновской жидкости.

Примечание: после завершения опыта остатки жидкости нельзя сливать в канализацию — они могут забить трубы. Лучше выбросьте смесь в мусорное ведро.
«Данный опыт позволяет убедиться, что некоторые жидкости меняют свои механические свойства в зависимости от прикладываемого к ним усилия. Хорошим примером природной неньютоновской жидкости являются также болотная трясина и зыбучие пески, по которым можно быстро перемещаться, но при остановке сразу проваливаешься», — объяснила Наталия Шлык.
Где встречается данное явление: так происходит в реальных ситуациях, например при движении автомобилей по грунтовым дорогам или протекании грунтов через подземные породы. Жидкости с такими свойствами нашли широкое применение в качестве амортизаторов, смазочных материалов в машиностроении, на их основе придумали бронежилеты и защитную экипировку для спортсменов!

Опыт № 5. Цветочная радуга: как растения пьют воду?

Необычный опыт основан на исследовании процессов капиллярного транспорта жидкостей растениями.

Что нужно: белые цветы (гвоздика или гербера), стаканы, ножницы, акварельные краски или жидкий пищевой краситель разных цветов, вода.

Последовательность шагов:

1. Заполните каждый стакан чистой водой наполовину.
2. Капните в каждую ёмкость по несколько капель разного цвета краски.
3. Отрежьте стебель цветка под углом острым ножом.
4. Погрузите цветок в окрашенную жидкость таким образом, чтобы срез оказался погружённым в воду.
5. Наблюдайте изменения цвета лепестков каждые полчаса.

Через какое-то время вы заметите, как цветочные лепестки окрашиваются разными оттенками, показывая путь передвижения воды внутри тканей растения.
«Растительные клетки в среднем где-то на 80% состоят из воды. Поэтому вода участвует во многих физиологических и биохимических процессах в растении. В данном опыте вода участвует в поглощении и транспорте веществ (в воде, по сути, растворён краситель). Далее за счёт давления в проводящей системе наш раствор со временем попадает в верхние части растения, окрашивая их. Давление же создаётся при испарении воды через устьица на листьях, по другому такой процесс называется транспирацией растений», — рассказалинженер-исследователь НИО экспериментальной биологии и патологии растений ГБС РАН Игорь Буроличев.

Где встречается данное явление: эту физиологическую особенность растений обширно применяют во флористике, когда, например, окрашивают бутоны роз в различные цвета (например, синие розы в природе не встречаются). И наоборот, с экологической точки зрения именно так в растения попадают загрязнения, например тяжёлые металлы, которые впоследствии могут находиться в различных частях растения и приводить их к гибели.

Важно помнить, что любые химические процессы требуют соблюдения техники безопасности: проводите опыты вдали от открытого огня, внимательно следите за детьми и используйте средства защиты рук и глаз при работе с растворами и порошками.