Proč nepadáme nahoru?

Už se vám podařilo někdy něco shodit ze stolu? Určitě ano. A tak otázka, kam onen shozený předmět spadl, se vám bude zdát asi hodně divná.  Všechny předměty přece padají na zem. Kapky deště. Listí ze stromu. Voda v řece také teče shora dolů. Samé jasné věci. Ale proč to tak je? Co je to za kouzlo, díky kterému vše padá k zemi? Je to gravitační síla, které také říkáme zemská přitažlivost. Přitažlivost působí na všechno, co je na povrchu Země i v jeho blízkém okolí. Díky přitažlivosti má Země atmosféru. Její „vinou“ obíhá Měsíc kolem dokola tak pravidelně, až to udivuje. Gravitační síla je vlastní každé planetě, každému tělesu ve vesmíru.

Zkoušíme pády
Proč padají všechny předměty dolů, to by se dalo z úvodních řádků vyčíst. Ale padají všechny předměty stejně rychle? Dříve se lidé domnívali, že rychlost pádu tělesa závisí na jeho hmotnosti. A mnozí mezi námi se tak domnívají dodnes, i když slavný Galileo Galilei tento mýtus vyvrátil už na přelomu 16. a 17. století.  V sérii pokusů, při kterých nechával z věže v Pise padat k zemi tělesa o různé hmotnosti, zjistil, že bez ohledu na jejich hmotnost, dopadnout na zem za stejnou dobu. Není vůbec složité podobný pokus zopakovat. Připravte si dva stejné listy papíru a jeden z nich zmačkejte. Oba mají stejnou hmotnost, takže pokud je vypustíte z ruky ve stejný okamžik, měly by také ve stejný okamžik dopadnout na zem. Jak je to ve skutečnosti? Dokážete si zdánlivě paradoxní výsledek pokusu vysvětlit? Vyzkoušejte ještě jednu variantu téhož pokusu. Vezměte si dvě hrací karty a jednu z nich podržte vodorovně nad zemí a druhou podržte svisle. Karta, kterou pustíte přední stranou otočenou k zemi, padá pomaleji, než karta puštěná kolmo.

Kdyby kolem nás nebyl vzduch, všechny předměty by padaly dolů stejnou rychlostí. Vzduch však pád předmětů brzdí a to víc, čím větší je povrch předmětu. Karta puštěná přední stranou k zemi se „opírá“ o vzduch pod sebou, kdežto karta puštěná kolmo vzduch pod sebou „rozřízne“.  Teď snadno vysvětlíte, jak funguje padák. Gravitační síla sice přitahuje padák k zemi, ale pod kupolí padáku se hromadí vzduch, který jej brzdí a zpomaluje jeho pád. 

Důsledky pádu
Pozorujte pád tenisového míčku ze stejné výšky na různé druhy povrchu. Počítejte, kolikrát a do jaké výšky se odrazí. Velice dobře se odrazí od betonu nebo dřeva. Od písku se neodrazí, zato v něm vytvoří jamku. Čím větší bude výška, ze které míček vypustíte, tím hlubší bude v písku vytvořený důlek. Síla balonku je v okamžiku dotyku s podložkou využita částečně k odrazu a částečně k deformaci balonku i povrchu, od něhož se odráží. Pevný povrch se deformuje velmi málo, a proto se balonek od betonu odrazí do větší výšky. Pískový povrch není pevný. Drobná zrníčka  písku zachytí energii balonku a využijí ji k tomu, aby se uvedly do pohybu. Čím výše je balonek, tím větší má rychlost a tím je také větší energie, která odsouvá písek. Účinek dopadu tedy závisí na rychlosti pádu tělesa, na jeho materiálu a povrchu.

V roce 1891 byl v Arizoně v USA objevený kráter, který je největším kráterem na naší planetě, vytvořeným meteoritem. Kráter vznikl asi před 50 tisíci lety a meteorit, který jej vytvořil, měl průměr asi 70 metrů a letěl vesmírem rychlostí 20 km za sekundu. Při dopadu vytvořil na povrchu Země díru a průměru 1200 metrů a hloubce 175 metrů.

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

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Vodní čerpadlo na kuchyňském stole

Zeptej se kamarádů a spolužáků, jestli dokážou přemístit vodu z jedné misky do druhé, aniž by ji přelévali, překapávali, používali třetí nádobu či případně umisťovali jednu misku výše než druhou. Věřte tomu, že až tohle kouzlo předvedete třeba ve škole ve správné hodině (a samozřejmě i vysvětlíte), máte o dobrou známku postaráno. Aspoň doufám.

Budete potřebovat plastové pružné brčko s kloubem (možná bude vhodnější hadička o vhodně malém průměru), tři malé misky, potravinářskou barvu, vodu a kuchyňský dřez nebo hluboký lavór. Položte všechny tři misky vedle sebe na kuchyňský stůl. Do první z nich nalijte vodu až po okraj a přidejte pro efekt trochu potravinářského barviva. Do prostřední misky nalijte vodu asi do čtvrtiny. Dřez napusťte do poloviny vodou, brčko ponořte do dřezu a nechejte do něj natéct vodu. Uvnitř nesmí být žádné bublinky. Snažte se je tedy nějakým způsobem dostat z brčka ven – mačkáním, kolíbáním brčka ze strany na stranu, apod… Zatímco je brčko stále ponořené v dřezu, uzavřete prsty oba jeho konce tak, aby ho bylo možné vytáhnout z dřezu a přitom neunikla ani kapka vody a dovnitř se nedostala ani troška vzduchu.

Jeden konec brčka ponořte do první misky a druhý do druhé misky. Ujistěte se, že jsou oba konce brčka opravdu ponořené – nesmí vytéct ani kapka vody, přítomnost bublinek vody v brčku zabrání úspěšnému průběhu pokusu. Po uvolnění obou konců brček pozorujte co se děje a buďte řádně překvapeni. Obarvená voda z první misky přetéká do misky druhé. Neuvěřitelné, viďte. Pokud koukáte a nic se neděje, pravděpodobně do brčka vnikl vzduch, přehlédli jste nějaké malé bublinky.

Mezitím co obarvená voda pokojně přetéká z jedné misky do druhé, připravte si třetí misku – opět trocha barviva a tentokrát vody ještě méně: vaše miska číslo 3. Stejným způsobem jako předtím – tedy ponořením do dřezu a vytlačením případných bublinek – naplňte zcela vodou další brčko a propojte s ní misky číslo 2 a 3. Pokud je vše OK, měla by se začít třetí miska postupně plnit vodou, přitékající ze druhé misky. Máte více misek a více hadiček? Co se stane, když budete přidávat další misky? Vznikne vaše malá domácí vodní horská dráha!

Podobný jev znají určitě všichni akvaristé. Do hadice napustí vodu, jeden její konec umístí do akvária a z druhého nechají odtékat vodu do vědra položeného na podlaze. Aby vše dobře fungovalo, jsou zapotřebí dvě věci: voda v hadici a konec hadice v akváriu výše než konec hadice ve vědru. Jev je způsobený rozdílným tlakem, působícím na oba konce hadice.

No jo, ale naše misky jsou ve stejné výšce – tak totiž znělo zadání úlohy. Jak je možné, že to vše funguje i za této podmínky. Misky jsou sice položeny na stejné desce stolu a tedy ve stejné úrovni, jenže hladiny vody v miskách jsou různě vysoko. V první misce je největší hloubka, v misce druhé je více vody než ve třetí atd. Nechte vodu postupně protékat hadičkami a pozorujte, co se stane s vaším vodním čerpadlem, když hladiny v miskách dosáhnou stejné úrovně. A co když poté znovu dolijete vodu v první misce až po okraj? 

Naše čerpadlo pracuje proto, že v první misce je u dna větší tlak vody než ve druhé misce. Tato tlaková síla vhání vodu do hadičky a nutí ji vtékat do druhé misky. V okamžiku, kdy voda v brčku dosáhne ohybu a tedy nejvyššího místa, je přitahována gravitační silou do druhé misky. Kombinace těchto dvou jevů způsobuje přečerpávání vody z jedné misky do druhé.

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

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Jak osladit a přitom ušetřit

Mnoho zajímavých věcí nás napadne v úplně obyčejnou nezajímavou chvilku. Třeba při čekání na oběd ve školní jídelně. Mám rád sladký čaj. Ten v jídelně podle mého gusta samozřejmě není (to není výtka, to je konstatování že sladím opravdu hodně). No a nápad na první experiment je hned na světě – když dva různé čaje o stejné teplotě osladíte stejným množstvím cukru, budou chutnat stejně sladce? Pravda, je to spíš pokus pro mladšího sourozence, který se teprve zorientovává na světě. Uvařte několik různých druhů čaje, do každého dejte po jedné kostce cukru a spolu je ochutnávejte. Na správnou odpověď není třeba být Einstein. Možná byste mohli otestovat chuť čajíků ještě před oslazením – některé druhy čajů chutnají sladce i samy o sobě. O tom rozhodují rostlinky, ze kterých je čaj smíchaný. Ale že stejně oslazené čaje mají různě sladkou chuť, tomu asi věřit nebudete. Pokusím se vás přesvědčit pokusem.

POZOR! K tomuto pokusu je třeba horká voda. Buďte opatrní, poproste o spolupráci dospělého. Připravte si dvě stejné nádoby k přípravě čaje (můžou být dvě stejné pánve, dva malé hrnce, dvě stejné varné konvice, …), vodu, sáčky s čajem a cukr. Do nádoby nalijte po dvou hrníčcích vody. Vodu ohřejte až k varu a každé nádoby vložte dva čajové sáčky. Do jedné nádoby přidejte dvě polévkové lžíce cukru, nechejte pár sekund ještě povařit, a obě nádoby opatrně sundejte z varné plochy (dospělci pomozte!). Oba čaje nechte vychladnout a pak přidejte dvě polévkové lžíce cukru i do druhého - teď už studeného - čaje. Doufám, že jste si obě nádoby nepopletli a druhé dvě lžíce nenasypete do stejného čaje. To byste toho moc nezjistili… Po dokonalém rozpuštění obou cukrů je ochutnejte. Jsou oba čaje stejně sladké? Neměly by být. Čaj, který byl oslazený za horka, chutná sladčeji!

Jak si to vysvětlit? Pokud s námi pokusničíte od začátku (jen tak mimochodem - začínáme už čtvrtý rok společného debrujárského zkoumání obyčejných věcí kolem nás), nebráníte se žádným nápadům na řešení. První myšlenka by mohla být ta, že v horké vodě se cukru rozpustí více. Jasně to je pravda. Horká voda má větší energii než stejné množství vody studené. Právě abychom vyloučili tento vliv, rozpustili jsme v obou čajích stejné množství cukru. Takže tím to nebude. Zdá se to nemožné, ale vypadá to tak, že za rozdílnou sladkost čajů může to, jestli cukr rozpouštíme v horkém nebo studeném čaji! Na první pohled se zdá tato odpověď být nesmyslná - logické přece je, že když rozpustíme stejné množství cukru, musí být oba čaje stejně sladké. Jak je tedy možné, že jeden z čajů je sladší?

Cukr, který jsme rozpustili v horkém čaji, je teď jiným cukrem než na začátku a než ten, co byl rozpuštěný ve studeném čaji. Ano, není jen jeden druh cukru. Cukr, který používáme k běžnému slazení, se jmenuje sacharóza. Sacharóza je cukr vytvářený rostlinami, které si v jeho formě skladují energii. Při nasypání sacharózy do horkého čaje nastane děj, kterému se říká inverze. Sacharóza se rozpadne na jiné dva druhy cukru – hroznový cukr (glukózu) a ovocný cukr (fruktózu). Tato kombinace se nazývá invertní cukr a je asi o 10-20% sladší než sacharóza. Proces inverze cukru je velmi užitečný. Invertní cukr používají pekaři ke slazení cukrovinek a pečiva, užívá se jako sladidlo do nápojů. Slouží také jako výchozí surovina pro přípravu některých umělých sladidel. Včely dokážou totéž pomocí látek zvaných enzymy k výrobě medu. Proto je med o hodně sladší než cukr.

Takže rada jak ušetřit? Sladit horký čaj a ne studený. Ušetříte až jednu pětinu cukru!

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

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

 

Bubli, bubli, bubliny – jak to dělá peroxid?

S peroxidem vodíku (někdy se mu říká také kysličník) se asi každý z nás aspoň jednou setkal. To je ta kouzelná vodička, která nás všechny v dětství provázela nebo provází skoro na každém kroku. Když se pořežete nebo škrábnete, nalijete na to peroxid, ten začne pěnit a rána se vyčistí. Takže pokud peroxid začne bublat a pěnit znamená to, že jsou v ráně nějaké bakterie? Vypadá to tak.  Aspoň nám to říkají, ale jak si ukážeme, všechno není vždy tak, jak se říká…

Začneme právě naší pokožkou. Jsou na ní nějaké bakterie a mikroby? Mikroorganismy prostým okem vidět nemůžeme, přesto tam jsou. Proč by zrovna na pokožce být neměl! Přitom je jedno, jak často si myjete ruce, nezáleží na tom, jak často se drhnete. Na vaší kůži prostě žijí bakterie a další mikroorganismy. Takže jestliže na kůži žijí tyto organismy běžně, tak by měl při nalití na neporaněnou pokožku peroxidu peroxid začít pěnit, ne? Vyzkoušejte a uvidíte.

Tak co, pěnilo? Tvořily se bubliny? Pravděpodobně ne, ledaže byste měli na pokožce nějakou odřeninu, nebo drobnou ranku.  Proč tedy vznikají bublinky, když k jejich vzniku není potřebná přítomnost mikroorganismů? Peroxid pění a bublá kvůli látce zvané kataláza.  Kataláza se nachází ve vaší krvi a v buňkách vašeho těla. Je to enzym, který napomáhá rozkladu peroxidu vodíku na vodu a kyslík. K tomu, abychom pozorovali, jak se projevuje, nepotřebujeme ale vůbec vlastní krev. Naštěstí pro nás je kataláza přítomná také v bramborách. Uřízněte kousek brambory, kápněte na řeznou plochu peroxid a pozorujte bublinky. To, že brambora na řezu pění, samozřejmě neznamená, že je nakažená. Stejně tak bublinky při kápnutí peroxidu do odřeniny neznamenají, že je rána nakažená, ale to, že jsou v ní poškozené buňky. Peroxid se při poškození buňky dostane do kontaktu s katalázou a začne pěnit.

Proč tedy „kysličník“ v ráně bublá? Chemický vzorec peroxid vodíku H₂O₂  je velmi podobný chemickému vzorci vody H₂O. Písmeno H ve vzorcích znamená jeden atom vodíku, písmeno O představuje jeden atom kyslíku. Ze vzorců je tedy vidět, že molekula peroxidu vodíku je tvořena dvěma atomy vodíku a dvěma atomy kyslíku a je téměř stejná, jako molekula vody - má jen o jediný atom kyslíku více než voda. Zdá se, že tento nepatrný rozdíl nemůže znamenat výraznou změnu v chování obou látek, ale opak je pravdou. Například přidání jednoho atomu kyslíku k železu způsobí rezivění železa! Měkká, narudlá rez se jistě velmi liší od nezrezivělého kousku železa. Jeden atom kyslíku navíc dělá z peroxidu vodíku zcela jinou látku. Peroxid vodíku, pokud je koncentrovaný, je velmi nebezpečná látka. To je důvod, proč peroxid vodíku koupíte v drogeriích nebo v lékárnách pouze v 3% koncentraci. Ve 100 ml peroxidu vodíku z lékárny jsou tedy pouze 3 ml koncentrovaného peroxidu vodíku. Zbylých 97 ml vody způsobí dostatečné zředění této chemikálie k bezpečnému domácímu použití.

Peroxid vodíku se zvolna rozkládá, uvolňuje jeden atom kyslíku a mění se na vodu. Určité látky dokážou tuto rychlost průběhu reakce zvýšit a způsobí, že se kyslík z peroxidu uvolňuje velmi rychle. Kataláza má právě tuto vlastnost. A to je důvod, proč je tedy peroxid vodíku dobrý. Pro některé mikroorganismy je kyslík ve vysoké koncentraci jedovatý. Takže pokud dostaneme do rány dostatečné množství kyslíku, mikroorganismy zahynou. Na oděrce se vytvoří strup, který mikroorganismům zabrání v přístupu do rány. A přestože je podle našich dědečků a babiček stejně dobré odřeninu vydrhnout, přece jen je pohled na krásně šumící a bublající peroxid v oděrce příjemnější… 

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

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Zkouška odvahy a nebezpečné kyvadlo

Následující pokus od vás bude vyžadovat hodně, hodně víry v zákony vědy. Nevím, jestli fyzika, chemie a ostatní přírodovědné předměty na vaší škole ve vás tuto víru dostatečně pěstují. Rád bych věřil, že ano, že výuka těchto předmětů ve škole není jen listování v učebnici a poslouchání učitele či sledování videa. Věnovat se přírodním vědám znamená hodně pozorovat, experimentovat, přemýšlet, učit se mít vlastní názor, umět ho formulovat a obhájit. 

Pokus, který je pro vás dnes připravený, se obvykle provádí pomocí bowlingové koule přivázané na řetězu. Koule, která se dramaticky blíží k obličeji. A je jen na vaší víře ve vědu a zákony pana Newtona, zda uhnete, nebo ne. Já vám nabídnu poněkud mírnější variantu pokusu. Takovou, která vám neublíží ani tehdy, kdyby přírodní zákony náhodou neplatily. 

Vyberte si nějaké vhodně velké jablko a přivažte je za stopku na provázek. Jablko samozřejmě není podmínkou – oním předmětem může být cokoliv, co jde přivázat na provázek a co má takovou strukturu, která v případě kolize s vaším nosem neublíží. Jedinou podmínkou je tvar co nejvíce se blížící kouli. Opačný konec provázku přivažte dostatečně vysoko tak, aby se jablko mohlo na provázku volně kývat. Například jej přivažte na zahradě na větev jabloně (buďte opatrní, ať nespadnete) nebo na lustr či závěs záclony – v tom případě ale dávejte pozor a pamatujte, že okenní tabule jsou křehké a lustr může spadnout. Odstupe o nějaký ten metr dál od visícího jablíčka a délku provázku zvolte tak, aby se jablko na provázku dotýkalo vašeho nosu. Nebo raději ať se dotýká čela. Přece jen, když vás klepne jablíčko putující vzduchem do čela dá se to snést daleko lépe, než když by vás cvrnklo do nosu.

To je přesně to, co budeme v tomto pokusu dělat. Poproste kamaráda, aby jablíčko na napnutém provázku přiložil k vašemu čelu. Poté ať jablko uvolní. Jablko se v první fázi bude od vašeho čela vzdalovat, po nějaké chvíli se zastaví (tato doba závisí na délce provázku) a začne se pohybovat zpět. Teď se projeví vaše víra v přírodní zákony. Anebo víra v má slova – pokud jste postupovali přesně podle návodu, máte mé čestné slovo, že vám jablíčko neublíží. Jablko se stále více přibližuje: všimněte si toho – pokud vám to obava o vaše čelo dovolí – že se jablíčko zvětšuje! Tomu ale také nevěřte, je to jen optický klam – domy ve větší vzdálenosti se zdají také menší. Vydržte v klidu, i když kamarádi kolem vás budou uzavírat sázky, zda vás jablko udeří. 

Uvolněné jablíčko nabírá rychlost, jeho polohová energie se přeměňuje na pohybovou. Po průchodu nejnižším bodem své dráhy jablko začne zpomalovat, protože se pohybuje proti působící gravitační síle. Učebnice by řekla, že jeho pohybová energie se přeměňuje zpět na polohovou. V přírodě platí zákon zachování energie. Stručně řečeno – žádná energie se nemůže ztratit, pouze se jeden druh energie přeměňuje na jinou. Pokud by se tedy přeměňovala jen polohová energie na pohybovou, mělo by vás jablko při návratu ťuknout do čela. Jenže jablko na pouti vzduchem musí překonávat tření a na to spotřebuje část své celkové energie. A to je právě ten důvod, proč se jablko nemůže vrátit až k vašemu čelu. Nevěříte? Vyzkoušejte – ale přesto raději experimentujte s malým jablíčkem. Nebo možná lépe s rajčetem.

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

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!