Как расплющить банку с помощью давления воздуха

3 части:Как расплющить алюминиевую банку из-под лимонадаКак это работаетКак помочь ученикам изучить материал благодаря эксперименту

Вы можете расплющить алюминиевую банку из-под лимонада, воспользовавшись только лишь источником тепла и емкостью с водой. Это отличная визуальная демонстрация определенных научных принципов, включающих давление воздуха и понятие вакуума. Эксперимент может проводиться учителями или старшеклассниками под их руководством в качестве опыта.

Шаги

Часть 1 из 3: Как расплющить алюминиевую банку из-под лимонада

1. 1 Налейте немного воды в пустую алюминиевую банку. Сполосните ее и оставьте на дне приблизительно 15–30 миллилитров (1–2 чайных ложек) воды. Если у вас нет измерительной ложки, просто покройте водой дно алюминиевой банки [1].
2. 2 Приготовьте миску с ледяной водой. Наполните емкость холодной водой и льдом или же водой, которая хранилась в холодильнике. Желательно взять миску достаточно глубокую для того, чтобы в нее поместилась вся банка – тогда будет легче проводить эксперимент – но это необязательно. Через прозрачную миску будет удобнее наблюдать сплющивание банки.
3. 3 Найдите защитные сварочные очки и щипцы. В этом опыте вы будете нагревать алюминиевую банку до тех пор, пока вода в ней не закипит, а затем быстро переносить ее. Все наблюдающие и сам экспериментатор должны надеть защитные очки на случай, если горячая вода прыснет им в глаза. Вам также понадобятся щипцы, чтобы взять банку и не обжечься, а потом погрузить ее вверх дном в миску с ледяной водой. Попрактикуйтесь с захватом банки щипцами, пока не научитесь надежно удерживать ее.
   • Продолжайте только под наблюдением взрослых.
4. 4 Разогрейте банку на плите. Поставьте алюминиевую банку дном на горелку, потом сделайте маленький огонь или степень нагрева. Дайте воде закипеть, чтобы она бурлила и выпускала пар около 30 секунд [2].
   • Если почувствуете странный или металлический запах, сразу же приступайте к следующему шагу. Вода могла выкипеть или жар мог быть слишком большим, так что краска или алюминий начали плавиться [3].
   • Если алюминиевая банка не становится как следует на конфорку, воспользуйтесь электрической плитой или держите банку над огнем жаропрочными щипцами.
5. 5 С помощью щипцов опрокиньте горячую банку вверх дном в холодную воду. Держите щипцы так, чтобы ваша ладонь смотрела вверх. Возьмите щипцами банку, быстро переверните ее над миской с холодной водой и погрузите ее туда.
   • Будьте готовы услышать громкие звуки, потому что банка может расплющиваться довольно быстро!

Часть 2 из 3: Как это работает

1. 1 Узнайте, что такое давление воздуха. Воздух давит на нас и на любой другой объект с силой, равной 101 кПа (килопаскаль) (1 кг на 1 см2), когда вы находитесь на уровне моря [4]. И вообще-то этого достаточно, чтобы банка расплющилась сама по себе, или даже человек! Но этого не происходит, потому что воздух внутри банки (или материя внутри нашего тела) давят наружу с такой же силой, и давление воздуха как бы обнуляется из-за того, что он давит на нас равномерно со всех сторон.
2. 2 Выясните, что происходит, когда вы нагреваете банку с водой. Когда вода в банке закипает, можно заметить, как она начинает «сбегать» в виде маленьких капелек в воздух – нам это известно как пар. Какая-то часть воздуха выталкивается из банки в это время, чтобы освободить место для расширяющегося облака из капелек воды [5].
   • Несмотря на то, что банка теряет часть воздуха, она все же не расплющивается, потому что место вытесненного воздуха теперь занимает пар, который тоже давит изнутри.
   • В целом, чем больше вы нагреваете жидкость или газ, тем больше она расширяется. Если она находится в закрытой емкости и не может расширяться, тогда увеличивается давление [6].
3. 3 Поймите, как расплющивается банка. Когда банка оказывается вверх дном в холодной воде, ситуация изменяется в двух направлениях. Во-первых, банка лишается доступа воздуха, так как отверстие заблокировано водой. Во-вторых, пар внутри банки быстро охлаждается. Водяной пар сжимается до своего исходного объема – крохотного количества воды на дне банки. Внезапно основная часть пространства внутри банки оказывается вообще без ничего – там нет даже воздуха! Тот воздух, который давил на банку снаружи все это время, больше не имеет никакого ответного сопротивления изнутри, так что он расплющивает банку внутрь.
   • Пространство, в котором ничего нет, называется вакуум.
4. 4 Внимательно понаблюдайте за банкой во время эксперимента и откройте еще один эффект. Появление вакуума, или пустого пространства, внутри банки имеет еще одно следствие, помимо ее расплющивания. Внимательно смотрите на банку, когда вы погружаете ее в воду и когда достаете. Вы сможете заметить, как немного воды всасывается в банку, а потом снова выходит. Это происходит потому, что вода давит на отверстие банки, но этого давления достаточно лишь для того, чтобы заполнить лишь маленькое пространство внутри алюминиевой банки, прежде чем она расплющится.

Часть 3 из 3: Как помочь ученикам изучить материал благодаря эксперименту

1. 1 Спросите учеников, почему расплющилась банка. Посмотрите, есть ли у них какие-то мысли по этому поводу. Не подтверждайте и не отрицайте ни один из ответов на данной стадии. Признайте каждую идею и попросите учеников объяснить ход их мыслей.
2. 2 Помогите ученикам с вариантами объяснений эксперимента. Попросите их придумать новые эксперименты, чтобы проверить их идеи. Задайте им до проведения новых экспериментов вопрос о том, что, на их взгляд, произойдет в процессе. Если им трудно придумать новый опыт, придите на помощь. Вот несколько вариантов, которые могут оказаться полезными:
   • Если ученик думает, что именно вода (а не пар) внутри банки ответственна за ее расплющивание, дайте им наполнить всю банку водой и увидеть, деформируется ли она [7].
   • Попробуйте провести этот же эксперимент с более жесткой емкостью. Более прочный материал будет дольше расплющиваться, что даст ледяной воде время для того, чтобы заполнить емкость.
   • Попробуйте дать банке немного остыть перед тем, как погружать ее в ледяную воду. Результатом будет большее количество воздуха в банке и менее сильная деформация.
3. 3 Объясните теорию, на которой основан эксперимент. Используйте информацию из раздела «Как это работает», чтобы ученики понимали, почему банка была расплющена. Спросите их, совпадают ли объяснения с их идеями, ради которых они придумали собственные эксперименты.

Советы

• Опускайте банку в воду с помощью щипцов, а не роняйте.

Предупреждения

• Банка и вода внутри нее будут горячими. Пусть участники опыта стоят позади вас, когда банка будет погружаться в воду, чтобы они не пострадали от внезапной струи горячей воды.
• Дети старше 12 лет могут провести опыт самостоятельно, но только под наблюдением взрослых! Никогда не позволяйте проводить эксперимент больше, чем одному человеку за раз, если только руководителей не будет также больше одного.

Что вам понадобится

• Пустые алюминиевые банки из-под лимонада
• Щипцы достаточного размера, чтобы было удобно удерживать горячую банку
• Газовая или электрическая плита или горелка Бунзена
• Миска с холодной водой