Jak vyčistit vodu (něco málo o filtrech)

Přemýšleli jste někdy nad tím, co se děje s odpadní vodou, která odtéká z vašeho kuchyňského dřezu, umyvadla nebo pračky? Aby se mohla tato voda vrátit zpět do přírody, je nutné ji pročistit. Rychle a intenzivně čištění vody probíhá v čistírnách odpadních vod, kde se používají různé chemické, fyzikální nebo biologické metody. Voda je schopna se očistit také přírodními procesy v rámci tzv. samočištění. Tento proces trvá ale velmi dlouho. Přírodní čištění probíhá za pomoci vzdušného kyslíku a mikroorganismů, filtrací přes vhodné geologické vrstvy a odpařováním a následným zkapalňováním vody.

V dnešním pokusu prozkoumáme a porovnáme různé druhy filtrace a filtrů. Filtry pro čištění vody mohou mít různé vlastnosti, ale dvě z nich jsou pro výběr filtru rozhodující: jak velké složky umí filtr odstranit a jak rychle dokáže vodu vyčistit. Budete potřebovat zavařovací sklenici nebo podobnou průhlednou nádobu, ponožku, různé druhy papírových utěrek nebo toaletních papírů, písek, nálevku neboli trychtýř, hlínu a vodu.

Nejdříve je nutné připravit vhodnou testovací špínu – třeba rozmíchat hlínu ve vodě a vytvořit velmi řídké bláto. Jaký filtr by bylo možné a vhodné použít? Co třeba vyzkoušet ponožku? Natáhněte ji přes hrdlo zavařovací sklenice a testovací směs nalijte přes ponožku do sklenice. Jako druhý filtr vyzkoušejte papírový ručník. V případě potřeby je možné ručník několikrát přeložit a až pak vložit do nálevky. Pokuste se tímto filtrem přefiltrovat své bláto. Poslední můj návrh je obyčejný písek. Silná vrstva suchého písku, přes kterou nalijete testovací bláto. Do nálevky vložte vrstvu papírového ručníku, na něj nasypejte písek (jinak písek propadne nálevkou) a zvolna filtrujte. Popsané filtry jsou mechanické filtry. Znečištěná voda ale také obsahuje velmi mnoho bakterií, choroboplodné zárodky a jiné nebezpečné tvory, proto v žádném případě přefiltrovanou vodu neochutnávejte!

Jak dopadla voda v našich debrujárských filtrech? Ponožka zachytila velké množství nečistot, voda po protečení tímto filtrem byla zřetelně čistější, než na začátku, ale rozhodně ne čistá. Papírový ručníkový filtr vykazoval o něco lepší čistící schopnost. Po nalití zabahněné vody nepracoval nijak výjimečně, ale po chvíli se zdálo, že z něj teče voda mnohem čistší, než v případě filtru z ponožky. Nicméně voda tekla velmi pomalu a filtr se velmi brzy zanášel nečistotou. Písek v kombinaci s papírovým ručníkem pracoval stejně dobře a stále – a nezanášel se.

Jak by šlo čištění ještě vylepšit? Několik nápadů pro vás mám. Tak třeba co místo nálevky použijte kuchyňské sítko (ta se prodávají s různou velikostí otvorů, drátěná či z umělé hmoty, určitě by šly dobře kombinovat)? Nebo různé druhy papíru naklást přes sebe? Každopádně byste stejně jako my při svých pokusech došli k závěru, že více sítek a filtrů za sebou vyčistí vodu mnohem více – prvně musí testovací vzorek kapaliny protékat přes hrubá oka.

Jak vlastně pracuje filtr a co to je? Filtr je v zásadě jakési síto. Kapalina prochází přes něco s dírami. Čím jsou tyto otvory menší, tím menší částice zůstanou na filtru zachyceny. Takové síto zachytí více nečistot, ale také přes něj poteče znečištěná kapalina pomaleji – otvory jsou postupně zalepovány nečistotami. Proto náš papírový ručník (vyzkoušejte různé druhy papírových ručníků, utěrek, toaletních papírů a potvrďte náš „objev“) čistil vodu relativně velmi dobře, ale voda protékala velmi pomalu, až přestala téct úplně – v tom okamžiku došlo k zalepení většiny nepostřehnutelných miniaturních otvorů v papíru kousky rozpuštěného bláta. Písek má výhodu ve své trojrozměrnosti. Je tedy mnohem více možností a cestiček, jak znečištěná kapalina může obtékat každé zrnko písku, a proto je mnohem složitější tyto cestičky zablokovat.

Samozřejmě, že filtry, které se prodávají k domácímu i průmyslovému čištění vody, jsou mnohem propracovanější a dokonalejší. Pracují mnohem dokonaleji a určitě neobsahují žádná kuchyňská ani jiná síta. Hlavní částí většiny filtrů je tzv. aktivní uhlí, černé částečky, které mají neuvěřitelně velký povrch – jedna kávová lžička aktivního uhlí představuje povrch o velikosti fotbalového hřiště. To se to potom čistí!

Pozorujte, kreslete a zapisujte si poznámky do svého Badatelského deníku. Ale hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

S vajíčky nezvykle, ale zajímavě

Máte rádi vajíčka? Takže co takhle pár pokusů s vajíčky k pobavení společnosti. Nápad na téma dnešního článku z mé hlavy nepochází a tak děkuji za zajímavou emailovou inspiraci.

Křehké, ale nerozbitné

Vajíčka všichni považujeme za velmi křehká tělesa. A také křehká jsou – stačí jen lehce a neopatrně ťuknout. Ale dnešní první pokus vám dokáže, že vajíčka jsou velmi pevná a vydrží velký tlak. K pokusu budete potřebovat syrové vajíčko a igelitový sáček nebo nějakou nepropustnou fólii. Vajíčko obalte igelitem a sevřete v dlani tak, aby vaše prsty vajíčko dokola „omotaly“. Stiskněte vajíčko tak silně (ale rovnoměrně),  jak jen dokážete. Vajíčko by mělo zůstat vcelku. Pokud máte dostatek odvahy (a tolerantní rodiče), pokuste se provést pokus bez igelitu – je to větší zábava. Tvar vajíčka je právě tím, co mu umožňuje vydržet velké tlaky. Tlaková síla, vyvolaná stlačenými prsty, působí rovnoměrně po celém povrchu vajíčka. Tlaková síla se rozkládá. Pokud vajíčko rozbíjíte, tak touto silou působíte na velmi malou plochu.

Vajíčko bez skořápky

Čas od času se stane, že slepička snese vajíčko bez skořápky. Pokud jste takové někdy viděli, víte, že je jako z gumy a stejně se tak i chová – poskakuje jako míček. No a pokud jste ještě nikdy vajíčko bez skořápky neviděli, tak si ho sami vyrobte! Pokus je jednoduchý a velmi efektní a určitě se vám podaří. Potřebujete syrové vajíčko, sklenici a ocet. Do sklenice vložte čerstvé vajíčko a zalijte ho octem. Vajíčko nechejte ve sklenici asi 4 dny. Čas od času ho pozorujte. Čeho si nejde nevšimnout? Na skořápce vajíčka se sbírají malinké bublinky, které nás informují, že probíhají chemické reakce, jejichž důsledkem bude námi očekávané gumové vajíčko. Po této době dojde k rozpuštění skořápky a v poloprůhledné bláně uvidíte plavat žloutek v bílku. Skořápka je vytvořena z uhličitanu vápenatého, který se rozpustí chemickou reakcí s kyselinou octovou.  Blána, ve které je uzavřen bílek se žloutkem, nepropustí ocet dovnitř vajíčka, a proto ho můžete klidně použít k přípravě vaječiny. Po určité době se ale vajíčko začne zvětšovat – neklamný důkaz toho, že přes blánu se dovnitř kapalina dostává. 

Scvrkávající se vejce

Pokus by vám mohl vysvětlit, co to je osmóza. Osmóza je jev, při kterém kapalina proudí z míst o nižší hustotě přes polopropustnou membránu do místa o vyšší hustotě. Osmóza trvá do doby, dokud obě hustoty nejsou stejné. K experimentu budete potřebovat dvě vajíčka, vodu, dvě sklenice, ocet, cukr a špendlík. Z obou vajíček musíme nejdříve odstranit skořápku – můžeme třeba výše popsaným pokusem pomocí octu. Po asi 24 hodinách vajíčka dobře opláchněte a odstraňte zbytky skořápky. Rozpusťte dostatečné množství cukru ve vodě (možná by stejně dobře fungoval i sirup). Jedno vajíčko ponořte do sklenice s vodou, druhé do sklenice s rozpuštěným cukrem. První, čeho si určitě všimnete, je rozdílné chování obou vajíček. To ve vodě zřejmě kleslo ke dnu, zatímco v cukerném roztoku vajíčko plave. Ale to pro vás nebude jistě žádné překvapení, to dokáží vysvětlit už někteří šesťáci. Cukerný roztok má totiž větší hustotu než vajíčko. Nechejte vajíčka v obou sklenicích opět jeden den. Všimnete si, že v cukerném roztoku bude vajíčko mnohem menší, než ve vodě. Opatrně propíchněte vajíčko, které bylo ve vodě. Pozor, bude nacucané vodou a v něm velký tlak – po propíchnutí z něj voda doslova vystřelí ven. Co se asi stane, když scvrklé vajíčko přendáme do sklenice s vodou?

Pozorujte, kreslete a zapisujte si poznámky do svého Badatelského deníku. Ale hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Zvukem zmatený mozek

Rozřežte hadici na dvě stejně dlouhé části. Dostačující délka každé z nich je asi 50 cm.  Do každé z hadic zasuňte trubici nálevky. Nálevky k hadicím připevněte třeba přilepením izolepou. Slepte k sobě hadice tak, aby trychtýře nálevek směřovaly opačným směrem (podle nákresu). Poproste kamaráda, aby dal volné konce hadic do uší – každý z nich do jednoho ucha. Tomuto odvážlivci ještě předtím zavažte oči šátkem. Ujistěte ho, že se mu nic nestane a že na něj nechystáte nějaké nemilé překvapení (to byste určitě svému kamarádovi neudělali…). No a pokud máte vše připraveno, můžete začít chodit kolem kamaráda a „vyrábět“ různé hluky a zvuky. Váš kamarád má jediný a velmi lehký úkol – při každém zvuku ukázat prstem, kde se právě nacházíte. Hm, jednoduchý úkol, vyzkoušejte a uvidíte…

Pokud máte po ruce stereosluchátka, pusťte si hudbu a chvíli se zaposlouchejte. Stereosluchátka vám nahradí hadice a nálevky. Zkuste si vybrat některý z nástrojů a snažte se zjistit, ze které strany zvuk tohoto nástroje přichází. Pak si zaměňte levé sluchátko za pravé a vyzkoušejte to samé. Ideální hudbou k takovému zvukovému pokusničení je jazz – kapela o několika výrazných nástrojích (klavír, trubka, klarinet, bicí,…). Zaposlouchejte se do jazzu a objevíte nový svět hudby. Zkuste poslouchat hudbu z reproduktorů pomocí nálevek a hadic – všimněte si, jak nálevky umí velmi dobře „sbírat“ zvuk kolem sebe.

Ale zpět k našemu pokusu – odhadnete, jak bude probíhat? Kamarád bude vždy ukazovat někam jinam, než kde se právě nacházíte. Pokud ukáže doleva, budete vpravo. To se dá pochopit. Ale co když budete stát za ním, kam ukáže v tomto případě? Máte nějaké vysvětlení? Mozek odhaluje směr, ze kterého přichází zvuk, různými způsoby. Ale tím hlavním a určujícím je pro něj skutečnost, že máme dvě uši. Způsobu, kterým zachycujeme zvuky, se říká binaurální slyšení. Je-li zdroj zvuku přesně před posluchačem, dráha, kterou od zdroje urazí zvuk ke každému z uší, je stejná. Je-li zdroj zvuku posunutý vlevo či vpravo, mozek velmi citlivě reaguje a ze vzájemného rozdílu hlasitosti, barvy a doby, za kterou zvuk dorazí do každého z uší, přesně vyhodnotí směr, z něhož zvuk vychází. Zvuk se šíří vzduchem rychlostí přibližně 300 m/s, a pokud je jeho zdroj např. vlevo od vás, levé ucho jej zachytí o nějakou tisícinu sekundy dříve než pravé ucho. Mozek na základě rozdílu těchto dob určí, kde se zdroj zvuku nachází. Tak, a teď by vám mohlo být jasné, proč váš kamarád mává zoufale rukama v úplně nesmyslných směrech. Hadice s nálevkami změní dráhu zvuku, a tak je mozek trochu popletený. Vlastně on popletený není, popletený je ten, co mává rukama.

Před vynálezem radaru byla za války tato schopnost určit směr jedinou možností varování před nálety letadel. Příslušní operátoři používali něco, co vypadalo jako parohy s nálevkami na konci. Ty byly připojené speciálními troubami k uším. Operátor otáčel hlavou, dokud nezachytil hluk motorů letadel. Další vývoj letadel výrazně zvětšil jejich letovou rychlost, a tak směr, který operátoři označovali, byl asi stejně tak přesný, jako směr, který ukazoval váš kamarád s hadičkami v uších – letadlo prostě dokázalo uletět svému vlastnímu zvuku.

Pozorujte, kreslete a zapisujte si poznámky do svého Badatelského deníku. Ale hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Neočekávaná změna barvy

Někdy je těžké rozlišit vědecké pokusy od triků a kouzel. Dnešní pokus bude patřit do této kategorie experimentů. V mžiku oka se vám podaří jasnou a čirou kapalinu i bez mávnutí kouzelným proutkem změnit v tmavě modrou. Pokus není úplně jednoduchý, zřejmě doma nenajdete všechny pomůcky (zejména chemikálie) a budete se muset vydat do lékárny nebo drogerie, ale výsledek pokusu bude stát za to.

Ze všeho nejdřív vám budu muset nechat přečíst pár vět o bezpečném provádění dnešního pokusu. Pokus rozhodně provádějte s pomocí dospělého člověka. Jódem dokážete ušpinit vše kolem vás a jeho odstraňování je celkem složité. Peroxid vodíku je velkým nebezpečím pro zrak (je nutné chránit si oči brýlemi) a může také podráždit kůži. Velmi pečlivě čtěte příbalové letáky u používaných chemikálií – nejen vy, ale i váš dospělý dozor.

Jaké pomůcky budete potřebovat? Tři stejné průhledné plastové kelímky (objem asi 100 ml), tabletky vitamínu C (zakoupíte v lékárně – my jsme používali tabletky 1000 mg), dvouprocentní jodová tinktura (také k dostání v lékárně), peroxid vodíku (tříprocentní koncentrace), kapalný škrob (používá se při škrobení prádla), ochranné brýle, kávová a polévková lžička pro měření objemu používaných látek. 

Nasaďte si ochranné brýle. Tabletku vitamínu C vložte do plastového sáčku a najemno ji rozdrťte válečkem na těsto. Jemně, jemně, co nejjemněji. Prášek nasypejte do prvního kelímku a zalijte asi 50 ml teplé vody. Promíchávejte po dobu aspoň 30 sekund. Voda se zřejmě trošičku zakalí. Kelímek označte nápisem „vzorek A“. Kávovou lžičku vzorku A dejte do druhého kelímku a přidejte 50 ml teplé vody a kávovou lžičku jodové tinktury. Co se to stalo??? Kelímek označte nápisem „vzorek B“. Vzorek A už nebudete potřebovat a můžete ho dát stranou. V posledním kelímku – vzorek C – namíchejte 50 ml teplé vody, polévkovou lžíci peroxidu vodíku a půl čajové lžičky tekutého škrobu.

Příprava je hotova. Teď by měla přijít ta zábavnější část. Shromážděte všechny příbuzné na magické představení. Nalijte vzorek B do vzorku C a pak přelijte zpět. Několikrát toto přelévání zopakujte. Kelímek postavte zpět a nechejte v klidu. Buďte trpěliví. Může to trvat pár sekund až několik minut. Kapalina zničehonic zmodrá! 

Dnešní chemický pokus je historicky významnou reakcí - nazývá se Harcourt-Essonova reakce a byla objevena v roce 1886. Její podstatou je smíchání dvou bezbarvých roztoků, a následně neočekávané zabarvení smíchaných kapalin po kratší či delší časové prodlevě. Reakci se někdy také říká jodidové hodiny a je možné ji uskutečnit v různých variantách s různými chemikáliemi. Doba trvání reakce se dá pozměnit změnami množství použitých látek a tak se vlastně dá efektně nasimulovat odměřování krátkých časových intervalů. Různá doba trvání reakce je vlastně chemickým soubojem mezi škrobem (ten usiluje o zmodrání vzorku) a kyselinou askorbovou (snaží se bránit vzorek před zmodráním). Kyselina askorbová (vitamín C) nakonec v tomto souboji podlehne – a v tom okamžiku dojde k náhlému zmodrání kapalného vzorku.

Pokud se vám zdá neekonomické kupovat tekutý škrob, když ho jinak nepotřebujete, použijte půl čajové lžičky kukuřičného nebo bramborového škrobu. Roztok bude vypadat více zachmuřeně a reakce bude probíhat o cosi pomaleji, ale o to více bude pokus působivý. 

Vyzkoušejte si, zda a jak rychlost zmodrávání kapaliny ovlivní různá teplota vody, jestli změní postup barvení vzorku různé množství vitamínu C nebo promíchávání kapaliny například brčkem.

Pozorujte, kreslete a zapisujte si poznámky do svého Badatelského deníku. Ale hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Benhamův disk

Slyšeli jste někdy o Benhamově disku? Čas od času se pár informací o něm a návod na pokus objeví v nějakém časopise, který popularizuje vědu a techniku. My se dnes připojíme. Budeme zkoumat, zda je ruka rychlejší než oko. Je na vás, zda se přikloníte k názoru, zda se jedná o trik, nedokonalost oka či podvod. Na co se můžete těšit? Když roztočíte Benhamův disk v různých směrech, různými rychlostmi, budou se jeho černobílé prstence měnit v barevné. Velmi překvapivé a pro ty, co nemají představu o vnímání barev, se jedná o pokus na hranici zázraku. Motivací pro vás může být skutečnost, že ačkoliv existují teorie proč a jak vše funguje, nikdo nepřišel s uspokojivým vysvětlením přijatelným pro všechny.  A to se prosím tato hračka  poprvé objevila už v roce 1894…

Vystřihněte z kancelářského papíru kruh o velikosti kompaktního disku – nejlépe cédéčko přímo obkreslete. Kruh přeložte přesně na polovinu, jednu půlku pečlivě vybarvěte černou barvou. Druhou půlku rozdělte na čtyři stejné části – nejdříve na dva čtvrtkruhy a pak každý z nich rozpůlíte, pomozte si třeba úhloměrem. Do každého čtvrtkruhu tužkou nakreslete tři soustředné oblouky – ve zvoleném krajním čtvrtkruhu budou oblouky blízko středu a každý další čtvrtkruh posuňte o kousek dál. Oblouky v sousedních čtvrtkruzích se nesmí dotýkat. Všech dvanáct čtvrtkruhů pak obtáhněte silnou čarou pastelkou nebo fixem. Z kartonu vystřihněte stejně velký kruh a váš připravený, vybarvený a vyobloukovaný na tento kartonový nalepte – samozřejmě, že vzorem nahoru. Přesně ve středu kruhu udělejte malý otvor. Do otvoru vtlačte silnější špendlík nebo párátko a kapkou lepidla přilepte ke kartonu. Diskem budeme otáčet, možná je dobré řešení špendlík (nebo párátko) vpíchnout do gumy na tužce. Tužku uchopte mezi dlaně a třením dlaní o sebe disk roztáčejte. Pokud máte takové rodiče, kteří se s vámi rádi pustí do experimentování, nabízím velmi dobré technické vylepšení: upravte disk tak, aby jej šlo upevnit do akumulátorové vrtačky.

Roztáčejte disk různými rychlostmi. Roztáčejte ho po směru hodinových ručiček i proti němu. Sledujte optické iluze, všímejte si, jak vás oči klamou. Ne, nedělají to schválně, jen prostě nestíhají a mozek vám neúmyslně předává jiné informace, protože oko není schopné přesně zachytit, co se děje. Všimli jste si, že v určitou chvíli se to jeví, jako by se vytvořilo šest oblouků? Co uvidíte, když budete diskem točit opačným směrem? Pokud vás překvapilo, že se objeví barvy, pak vás teď musí zaskočit, že v opačném směru jsou barvy jiné. Jsou uprostřed stejné barvy jako na okrajích? Bude rozdíl v pozorování otáčení disku na slunci a při světle žárovky nebo zářivky (zářivka vyrábí světlo jiným způsobem než Slunce nebo žárovka – její světlo pulzuje, ale tak rychle, že to nevnímáme)? Hm, a co kdybychom změnili barvu papíru, na který jsme vzor disku namalovali – místo bílého třeba žlutý?

Proveďte stejný pokus také na jiných lidech – kamarádech, spolužácích, rodičích. Vidí všichni stejné barvy? Každý z nich by mohl vidět odlišné barevné obrazce. Barevné vidění způsobují speciální buňky sítnice – tzv. čípky. Jeden druh je citlivý na červené světlo, druhý na zelené a třetí na modré světlo. Každý z těchto čípků má jinou prodlevu, jakousi čekací dobu, ve které zareaguje na barvu, a také různě dlouhou dobu trvání odezvy. Například čípky reagující na modrou barvu jsou nejpomalejší a udržují barevný vjem po nejdelší dobu. 

Pokud se díváte na stejné místo točícího se disku, sledujete rychle se střídající bílou a černou barvu. Když je vaše pozornost zaměřena na bílou barvu, reagují všechny tři druhy čípků. Ale bílou uvidíte bílou jen tehdy, reagují-li na ni všechny tři čípky stejně – stejně rychle, stejně dlouho. To je ale pouze při déletrvajících vjemech. V případě našeho rychle se točícího kotouče jsou některé čípky rychlejší než jiné, což vede k nerovnováze, a proto uvidíte barvy.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.