Uppsala universitet Kansliet för teknik och naturvetenskap Carla Puglia Fredrik Lindkvist Mats Kamsten

Transkript

1

2 Uppsala universitet Kansliet för teknik och naturvetenskap Carla Puglia Fredrik Lindkvist Mats Kamsten

3 BALLONGTRICKET 1 Material 33 cl PET flaska (plast) En frys En ballong Varmt vatten enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Stoppa PET flaskan i fryser så att den blir riktig kall (minst 5 min.). Trä en ballong över flaskhalsen. Spola flaskan med varmt vatten.

4 FÖRKLARING I flaskan finns luft som består av små molekyler. Luften är en gas (som består av olika ämnen, mest syre och kväve). När flaskan är kall, är också gasen (luften) inuti flaskan kall. I en kall gas rör sig molekylerna lite, vilket betyder att de tar lite plats. I en varm gas däremot rör sig molekylerna mycket och tar då mer plats än den kalla gasen. Om du värmer flaskan genom att spola den med varmt vatten, börjar luftmolekylerna att röra sig snabbare i flaskan och kommer att ta mer och mer plats (expanderar), det märker vi eftersom ballongen blåses upp. När vi värmer flaskan tillför vi energi som visar sig som molekylrörelser (rörelseenergi). Det är nästan som när barn äter godis och blir (som varma luftmolekyler) busiga och börja hoppa och springa runt. Experiment visar att det finns luft i en tom flaska, att kalla gaser krymper tar mindre plats än varm gas, varma gaser expandera (tar mer plats). Värme är energi.

5 BALLONGTRICKET 2 Material 33 cl PET-flaska (plast) en ballong kallt vatten enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Värm PET-flaskan i varmt vatten. Trä en ballong över flaskhalsen. Kyl ner flaskan i kallt vatten.

6 FÖRKLARING Ballongen kommer att sugas in i flaskan. När vi kyler flaskan kyler vi också ner luften som är i flaskan. Kall luft tar mindre plats än varm luft, luftmolekylerna kommer att röra sig saktare och saktare och trycket i flaska kommer att minska. Då luften utanför flaskan försöker att komma in i flaska för att kompensera tryckskillnaden mellan in- och utsidan av flaskan sugs ballongen in i flaskan. Experiment visar att kalla gaser tar mindre plats (volym) än varma gaser. Om trycket minskar i en del av ett system, försöker gas i den andra delen kompensera tryckskillnaden.

7 FLASKA UTAN BOTTEN Material 33 cl PET-flaska (plast) utan botten en ballong 1.5 l PET-flaska utan topp/hink enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Fyll den stora PET-flaska utan topp (eller en hink) med vatten. Ta en PET flaska utan botten och trä en ballong över flaskhalsen. Sänk flaskan med ballong-hatt i vattnet.

8 FÖRKLARING När man sänker ner flaskan utan botten i vatten trycker vattnet upp luften som är i flaskan, som nu trycks in i ballongen. Det är därför ballongen blåses upp/expanderar. Experiment visar att det fanns luft i flaskan från början, den var alltså inte alldeles tom.

9 FONTÄN enligt följande: Material glasflaska skruvkork Vad tror du händer? Vad hände? (med ett borrat hål 4 mm) sugrör häftmassa gem/nål 1.5 l PET-flaska utan topp (eller kastrull) varmt vatten karamellfärg Gör ett hål i skruvlocket så att sugröret går precis genom hålet (i lådan finn en färdig flaska med hål i locket). Fyll flaskan till hälften med vatten (färga vattnet med karamell färg). Skruva på locket och för sugröret genom hålet i locket och ner under vattenytan. Täta med häftmassa runt hålet och sugröret och på sugrörets övre ända. Fyll PET-flaskan utan topp med riktigt varmt vatten. Sänk ner den lilla flaska i det varma vattnet och gör ett litet hål med ett gem/nål i häftmassan i slutet av sugröret.

10 Förklaring Du har en liten fontän. Vattnet från flaska börjar spruta när det varma vattnet värmer luften som är i flaska, som då kommer att ta mer plats än den kalla luften. Man säger då att luften expanderar. Lufttrycket i flaskan ökar och trycker på vattnet som hittar sin väg ut genom sugröret. Experiment visar: Att varm luft tar mer plats än kall luft och det är luften som trycker på vatten som orsakar fontäneffekten.

11 FLASKA OCH TRATT Material provrör (eller glasflaska) en tratt (med en jätteliten mynning) häftmassa vatten (med karamellfärg) enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Sätt fast tratten i provrörsöppningen med häftmassa (se till att det blir tätt) och försök fylla provröret med vatten.

12 Förklaring Du kan inte hälla vatten in i provröret. Du har tätat öppningen med häftmassa så att luften som var i provröret från början inte kan komma ut. Om luften inte kan komma ut kan inte vatten komma in. Experiment visar: Att en tom flaska egentligen inte är tom: det finns luft i den och för att hälla vatten ur en flaska måste luften kunna komma ut.

13 VIRVEL Material glasflaska skruvkork (med ett borrat hål 10 mm) vatten karamellfärg enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Fyll flaska med vatten (med karamellfärg), till cirka ¾ och skruva på korken. Vänd flaskan upp och ner. Vad händer? Prova att göra snabba roterande rörelser. Det bildas en virvel i flaska. Varför rinner vattnet ut nu?

14 Förklaring När vatten rinner ut ur flaskan kommer luft in i flaskan. Men när du vänder upp och ner på flaskan (med ett litet hål i korken) har luften svårt att tränga in i flaskan. Vattnet rinner inte, i alla fall inte kontinuerligt, möjligtvis stötvis därför att när vatten rinner ut blir trycket i flaskan mindre och luften sugs in i flaska och så vidare. När en virvel bildas i rinner vattnet jämt och fint för att luften kan komma in i flaska genom virvels mitt. Experiment visar: Att luft måste komma in i flaskan för att vattnet skall kunna rinna ut. Extra: Försök att koppla ihop två PET-flaskor. Vad händer då?

15 TERMOMETER Material provrör liten tratt varmt och kallt vatten karamellfärg 1.5 l PET-flaska utan topp (eller kastrull) enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Häll kallt vatten med karamellfärg i provröret. Sätt tratten i provröret så att trattens ände når ner ca 2 cm under vattenytan och täta runt provröret och tratten med häftmassa. Ställ nu provrör och tratten (i PET-flaskan eller i en kastrull) i varmt vatten. Vad händer? Flytta sedan provröret till kallt vatten. Vad händer nu?

16 Förklaring Du har gjort en termometer! När du ställer provröret i varmt vatten kommer det färgade vattnets nivå att stiga i provröret. Det varma vattnet har värmt luften i provröret som expanderar (tar mer plats än när den var kall) och trycker då upp vattnet som är i provröret in i trattens rör. Prova att kyla och värma igen och följ det färgade vattnets nivåförändringar. Experiment visar: Att varm luft tar mer plats än kall luft. Det är luften som expanderar av värmen och orsakar vattnets nivåförändringar.

17 MATERIALLISTA cl PET-flaska cl PET-flaska utan botten 3. Liten glas flaska 4. Skruvlock till glas flaskan (med ett 4 mm borrat hål) 5. Skruvlock till glas flaskan (med ett 10 mm borrat hål) 6. Ett gem/en nål 7. Häftmassa 8. Minst 3 ballonger 9. Provrör 10. Tratt (med liten mynning) 11. Sugrör (ca 4 mm i diameter) 12. Karamellfärg 13. 1,5 liter PET utan topp 14. tillbringare 1 liter

18

19 KARTESISKA DYKAREN Material: PET flaska med vatten engångspipett mutter enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Bygg en kartesisk dykare: fyll en PET flaska med vatten. Fyll en engångspipett med vatten och för in en mutter på dess hals. Vattnets nivå i pipetten måste justeras så att vattnet i pipetten kommer att hamna nästan helt under vattenytan. Släpp engångspipetten med mutter i den vattenfyllda flaskan och skruva på locket. Titta noggrant på den Kartesiska dykaren och speciellt på den lilla plastflaskan/pipetten i vätskan. Vad tror ni kommer att hända om ni trycker på PET-flaskans utsida? Prova. Varför händer det?

20 Förklaring Titta noggrant på den Kartesiska dykaren och speciellt på den lilla plastflaskan/pipetten i vätskan. När man trycker på PET-flaskan, kommer vattnet att stiga i pipetten och luftfickan minskar. Detta gör att dykaren sjunker, för att vikten/ densiteten har ändrats i förhållande till vattnets lyftkraft. När man släpper flaskan, expanderar luften i dykaren igen och den flyter upp till ytan.

21 IMPLODERANDE BURK Material en tomburk gasolbrännare vatten tång skål/hink enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Häll lite vatten i en tomburk. Värm burken, som du håller med en tång tills du ser att vattnet kokar och det kommer ut ånga. Vad tror du händer om du vänder den varma burken upp och ner i kallt vatten? Prova.

22 Förklaring Experimentet visar att kondensation (av vattenånga till vatten) minskar trycket i burken. Undertrycket som bildas orsakar då implosionen. Experimentet visar hur trycket minskar med kondensation. Implosion är motsatsen till explosion. Något som imploderar får ett högre tryck på utsidan än insidan, vilket gör att t.ex burken i det här fallet smäller ihop. Om burken istället skulle explodera skulle trycket i burken ha ökat och den skulle smälla.

23 VULKANEN Material färg varmt och kallt vatten stor burk liten flaska metalltråd avbitartång enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Sätt fast en ståltråd runt flaskhalsen så att du kan hålla flaskan rakt och säkert. Fyll den lilla flaskan ända upp med varmt vatten och häll i lite färg. Ta en stor burk och häll i kallt vatten i den utan att fylla ända upp. Sänk nu den lilla flaskan i den stora burken. Var försiktig så att flaskan inte tippar. Vad händer?

24 Förklaring När man sänker flaskan med varmt vatten i burken fylld med kallt vattnet, kommer det färgade (varma) vattnet att strömma upp genom det kalla vattnet, som ett vulkanutbrott. Tillslut samlas det färgade vattnet högst upp i burken. Varmt vatten utvidgas, tar större plats än kallt vatten, det ändra densitet eller så kan man säga att det blir lättare, och det är därför det samlas på ytan, ovanför det kalla vattnet. Kan du nu förstå varför de första klunkarna är varmast när man t.ex. dricker kaffe?

25 VATTENTRICK Material två små burkar/glas färg varmt och kallt vatten styvt papper enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Fyll en burk/ett glas upp till kanten med kallt vatten och den andra med varmt vatten. Färga det varma vattnet med en färg och det kalla med en annan. Lägg ett styvt papper på burken med kallt vatten. Vänd snabbt burken med det kalla vattnet (och pappret) upp och ner och ställ den på burken med det varma vattnet (det är inte lätt!). Dra bort pappret. Vad händer?

26 Förklaring Vätskor kan flyta ovanpå andra vätskor, om de har olika densitet. Varmt vatten har lägre densitet än det kalla och kommer därför att flyta på det kalla. Det är därför varmt vatten flyter upp och färgerna/färgen blandas. Vad händer om du istället vänder burken med det varma vattnet och ställer den på burken med det kalla vattnet? Förslag: Gör ett spännande vätskebål. Fyll en burk med samma mängd av olika vätskor: sirap, matolja och vatten. Vätskorna kommer att läggas i olika skikt: sirap längst ner, vatten i mitten och olja överst. Detta händer för att vätskorna har olika densitet (vikt). Välj olika små föremål (t.ex. lego, muttrar, vindruvor, små tomater ) och sänk dem i bålet: Vad händer?

27 SMÖRLOPPET Material plastlinjal blyerts/färgpenna (trä) metall bestick/matsked smör skål varmt vatten klocka plast brickor/plastlock enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Fäst ett litet plastlock eller bricka på linjalen, på matskeden och på pennan med hjälp av lite smör. Häll varmt vatten i skålen och placerar alla föremål mot kanten av skålen (i det varma vattnet). Kan du gissa vad som kommer att hända? På vilka föremål kommer smöret att smälta först?

28 Förklaring Smöret kommer att smälta först på det material som har bästa värmeledningsförmågan.

29 VAD ÄR VARMT OCH VAD ÄR KALLT? Material två plattor av olika material isbitar enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Lägg händerna på de två plattorna. Markera vilken som känns varm och vilken som känns kall. På vilken av de två plattorna tror du att en isbit kommer att smälta först? Prova. Vad händer?

30 Förklaring Materialet som känns varmast har dålig värmeledningsförmåga d.v.s kan inte leda värme lätt till andra föremål eller kroppar. Värmen som du känner är din kroppsvärme. Biten som känns kall är gjod av ett material (metall) som leder värme bra (har bra värmeledningsförmåga). Den känns kall för att du känner skillnaden mellan din egen temperatur och rumstemperaturen. Om ett material har bra värmeledningsförmåga ger det lättare värme till andra, kallare föremål. Isen blir då lättare uppvärmd på plattan som har bättre värmeledningsförmåga.

31 FLYTER, FLYTER INTE Material ballonger bägare med vatten sirap enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Häll vatten i en bägare. Vad tror du kommer att hända när du släpper ner en ballong med sirap och en ballong med vatten i bägaren? Prova

32 Förklaring Ballongerna har samma dimension men olika vikt. Detta betyder att deras densitet är olika. Med densitet menar man hur mycket massa som ryms i en viss volym. Föremål som har lägre densitet än vatten flyter, men även båtar i järn flyter.. Om man sänker ett objekt, ett föremål i vatten, känner man en kraft som försöker lyfta upp föremålet, som motverkar att det sänks. Detta är vattnets lyftkraft. Ballongen fylld med vatten visar vattnets lyftkraft. Alla föremål som flyter har en tyngdkraft (tyngdkraften= massa x g) som är lika eller mindre än vattnets lyftkraft. För en kropp som sjunker, kommer dess tyngdkraft att överstiga (eller vara större än) vattnets lyftkraft. Detta är egentligen känt som Arkimedes princip: Vattens lyftkraft är lika stor (och motsatt riktad) som tyngdkraften av den undanträngda vätskans volym.

33 FLYTER, FLYTER INTE 2 Material 2 filmburkar bägare med vatten mjöl, sand eller andra material penna metall tråd enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Ta två filmburkar och fyll dem med olika material så att de väger olika. (Väg dem på en våg). Fyll en bägare med vatten och markera vattennivå på bägaren. Sänk sedan en burk i vattnet efter att ni bundit en tråd runt burken så att ni kan hålla den i vattnet utan att den når botten. Markera den nya vattennivån. Om ni nu sänker den andra burken vad tror ni kommer det att hända? Prova själv

34 Förklaring: Enligt Arkimedes princip kommer en kropp sänkt i vatten att tränga undan en volym vatten som är lika som kroppens volym. Det spelar ingen roll om de väger olika, de två burkarna som du använder i experiment har samma volym.

35 RUSSINHISSEN Material: russin stort glas/burk läskedryck enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Vad händer om du lägger russin i ett glas läsk? Fyll glaset med läsk och häll ner russinen. Vänta och observera vad som händer.

36 Förklaring: Läsk innehåller koldioxid, en gas. Efter en stund när russinen har legat i den kolsyrade drickan bildas små bubblor av gas på russinen som börjar att flyta upp till ytan. Vid ytan sprängs bubblorna och russinen faller ner igen och så vidare

37 COCA COLA MYSTERIET Material: en burk vanlig Coca Cola en burk Coca Cola Light en hink med vatten enligt följande: Vad tror du händer? Vad hände? Ta en burk vanlig Coca Cola och en burk Coca Cola light. Vad händer om du lägger de två burkarna i en vattenfylld hink? Prova själv. Vad händer?

38 Förklaring: Coca Cola Light har lägre densitet än vanlig Cola, för att man inte använder vanligt socker i den. Det är därför Coca Cola light flyter men inte vanlig Cola.

39 MATERIALLISTA 1,5 l PET flaska, mjuk engångspipett mutter en tomburk gasolbrännare tång skål/hink färg stor burk liten flaska metalltråd avbitartång två små burkar/glas styvt papper plastlinjal blyerts/färgpenna (i trä) metall bestick/matsked skål 1 liters tillbringare plast brickor/lock två plattor av olika material ballonger sirap 2 filmburkar salt, sand eller andra material penna russin stort glas/burk läsk en burk vanlig Coca Cola en burk Coca Cola Light Copyright: Uppsala universitet Illustrationer: Mats Kamsten