Стискання і гідравлічні машини

Спершу робимо роботу над помилками з минулого разу. Досліджуємо поведінку різних речовин у сполучених посудинах. Оскільки минулого разу ми досліджували воду і олію, а в них густина доволі близька (вода 0,998 г/см³, олія – 0,925 г/см³), то, при нашій точності вимірювань, різниця рівнів була не дуже очевидна. Тому повторюємо дослід з більш відчутним перепадом густин: фарбована вода і бензин (0,740 г/см³).

Спершу трохи знову згадали про густину. Я показала їм грецьку літеру «ро» :) Порозгадували, що означають одиниці вимірювання. Якщо написано, що густина якоїсь речовини 45 г/см3, то це означає, що кубик розміром 1 см х 1 см х 1 см, виготовлений з цієї речовини, важить 45 г.

Цього разу вже було видно, що стовпчик більш легкої рідини (зробили такий висновок, бо бензин плавав по поверхні води) вищий. Тобто рівні рідин встановлюються однакові по вазі, а не по висоті. 

Згодом в фізиці це звучатиме як закон сполучених посудин: якщо різні коліна сполучених посудин заповнені різною рідиною, то висоти стовпів рідини співвідносяться обернено пропорційно до їхніх густин. Але ми поки що просто спостерігаємо :) 

Потім позгадували будову речовини, молекули, атоми. Як себе поводять молекули в газах, рідинах і твердих тілах. Але поки задували на словах, трохи згодом хочу пірнути в це більш детально.

Згадали, як діти самі відігрували молекули. В твердих тілах, молекули стоять на місці, у вузликах кристалічних ґраток, і тільки тремтять. У рідинах – вони ходять за ручки. А в газах – бігають по всьому простору.

Відтак потроху заговорили про гідравлічні машини. Про те, як можна використовувати властивості рідини. Але спершу визначаємось із самим властивостями речовин:

- тверді тіла зберігають форму,

- гази і рідини легко змінюють форму, заповнюють собою посудину, але гази всю посудину, а рідини – частину.

- речовини можуть змінювати агрегатні стани – з твердого в рідкий, з рідкого в газоподібний і назад.

Щоб виявити ще одну цікаву властивість, скористаємось шприцем. Знайомимось із такою деталькою як поршень, яку часто використовують для взаємодії з газами і рідинами. Особливістю його є щільне прилягання до стінок циліндру, діти самі це помічають.

Спершу наповнюю шприц повітрям, перекриваю отвір і натискаю поршень. Він посувається майже наполовину. Даю кожному спробувати. Відтак набираю шприц води, перекриваю отвір і натискаю поршень. 

І він не рухається. Робимо висновок, що гази легко стискаються, а рідини – ні.

Знову граємося в молекули речовини, але вже в шприці. Всі діти рухаються в вузенькому коридорі, я беру мат (поршень) і починаю потроху пресувати їх до пічки :)

Так ми приходимо до цікавого відкриття, що якщо газ стискати, його молекули наближаються одна до одної і він стає схожим на рідину. Розказую їм про природний газ в балонах, який коли вентиль відкриваєш виходить газом, а коли балон покалатати – то хлюпає всередині рідина.

Питаю, а які ще є способи перетворили газ на рідину? Клим запропонував охолодити. Справді, з водою вони вже чимало разів бачили конденсацію. Розказую, що насправді перетворили на рідину можна будь-який газ, питання лише в температурі.

Знову повернулись до гідравлічних машин. Як можна використовувати таку властивість рідини як нестискання. Наприклад, для передачі зусилля на відстані і по гнучкій траекторії. Заговорили про механізацію людської праці і загальний прогрес. Про його переваги і недоліки, про винаходи і час, який звільнився у людей.

Дітей дуже надихають історії з життя реальних людей, пообіцяла час від часу розказувати їм про життя різних винахідників і науковців.

Наприкінці дивимось ролик з однією гідравлічною машиною, яку хочеться спробувати виготовити :)

Bonus: Поки ми про все це балакали, бензин встиг поплавити пластикову склянку, я кій знаходився. Так на прикладі ми побачили різницю між фізикою і хімією – коли речовини змінюються незворотньо.

Валентина Мержиєвська