Φυσική | Θερμαίνοντας και ψύχοντας τα υλικά σώματα | E'-ΣΤ' Δημοτικού Επ. 29
Γεια σας, παιδιά! Είμαι η Ράνια Γκικοπούλου, δασκάλα,
και σήμερα θα μιλήσουμε για το συμβαίνει όταν θερμαίνουμε και ψύχουμε...
τα υλικά σώματα γύρω μας.
Για να σκεφτούμε... Σίγουρα έχετε δει τα καλώδια της ΔΕΗ...
άλλοτε να είναι τεντωμένα και άλλοτε να είναι καμπυλωμένα. Γιατί συμβαίνει αυτό;
Ή ίσως έχετε παρατηρήσει σε κάποιο ατύχημα σε σιδηροδρομικές γραμμές,
τις γραμμές να έχουν στραβώσει.
Και μήπως έχετε προσέξει ποτέ σε γέφυρες,
στη βάση τους δύο κυλίνδρους στους οποίους στηρίζονται;
Γιατί συμβαίνει αυτό; Υπάρχει περίπτωση να μεγαλώνει η γέφυρα;
Θα το απαντήσουμε κάνοντας πειράματα.
Και μάλιστα θα κάνουμε αρκετά πειράματα,
που σχετίζονται με τη θέρμανση και την ψύξη...
στερεών, υγρών και αερίων σωμάτων.
Θα ξεκινήσουμε με ένα πείραμα που προτείνει και το βιβλίο σας.
Χρειάζεστε μόνο ένα κομμάτι ξύλο,
στο οποίο έχουμε καρφώσει δύο καρφάκια...
σε τέτοια απόσταση ώστε ίσα που να περνάει ένα κέρμα.
Βλέπουμε ότι περνάει.
Στη συνέχεια θα θερμάνουμε το κέρμα.
Και θα δοκιμάσουμε και πάλι να περάσουμε από το ίδιο σημείο...
και να δούμε τι συμβαίνει.
Για να δούμε το βίντεο!
Βλέπουμε ότι το κέρμα περνάει ανάμεσα στα δύο καρφάκια.
Το θερμαίνουμε.
Πρέπει να το κρατήσουμε αρκετή ώρα πάνω απ' το κεράκι, 2 - 3 λεπτά.
Να θερμανθεί καλά.
Και δοκιμάζουμε και βλέπουμε ότι δεν περνάει πια...
ανάμεσα στα δύο καρφιά όπως πριν.
Αν το βουτήξουμε μέσα σε παγωμένο νερό,
και ξαναδοκιμάσουμε,
βλέπουμε ότι ξαναπερνάει.
Τι συμβαίνει λοιπόν;
Παρατηρήσαμε ότι το κέρμα που θέρμανα δεν περνάει ανάμεσα από τα καρφιά,
ενώ όταν το βουτήξαμε στο κρύο νερό πέρασε.
Θα συνεχίσουμε με άλλο πείραμα με αυτή εδώ τη συσκευή.
Αντί να θερμάνουμε ένα κέρμα,
θα θερμάνουμε μία ολόκληρη μεταλλική σφαίρα.
Βλέπουμε ότι η σφαίρα μπορεί και περνάει άνετα από την τρύπα της συσκευής.
Για να δούμε όμως τι θα συμβεί, αν την θερμάνουμε.
Και στη συνέχεια αν την ψύξουμε.
Δοκιμάζουμε αρχικά τη σφαίρα ότι περνάει πράγματι από τη συσκευή.
Και στη συνέχεια τη θερμαίνουμε.
Η σφαίρα πρέπει να θερμανθεί αρκετή παραπάνω ώρα σε σχέση με το κέρμα.
Οπότε χρειάζεται λίγο υπομονή.
Τη θερμαίνουμε.
Και μετά από λίγη ώρα δοκιμάζουμε να δούμε αν συνεχίζει να περνάει μέσα από την τρύπα.
Ή κάτι έχει αλλάξει.
Διαπιστώνουμε ότι δεν περνάει πια, σφήνωσε.
Άρα μεγάλωσαν οι διαστάσεις της, ο όγκος της.
Για να δοκιμάσουμε να την βυθίσουμε σε κρύο νερό!
Βλέπουμε και τους ατμούς.
Και να ξαναδοκιμάσουμε αν περνάει πάλι από την τρύπα.
Και διαπιστώνουμε ότι τώρα πια μπορεί και περνάει.
Η σφαίρα λοιπόν που θερμάναμε δεν περνάει μέσα από την τρύπα,
ενώ όταν τη βουτήξουμε στο κρύο νερό περνάει.
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
Και θα μου πει κανείς, διαστέλλονται και συστέλλονται με τον ίδιο τρόπο,
στον ίδιο βαθμό όλα τα στερεά;
Όχι. Εξαρτάται από το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένα.
Και θα το διαπιστώσουμε εύκολα με ένα πολύ απλό πείραμα,
χρησιμοποιώντας αυτό εδώ το έλασμα.
Λέγεται διμεταλλικό έλασμα,
γιατί είναι ένα έλασμα από δύο διαφορετικά μέταλλα,
δύο διαφορετικά υλικά ενωμένα μεταξύ τους.
Για να δούμε τι θα συμβεί όταν το θερμάνουμε!
Έχουμε διαφορετικό συντελεστή διαστολής, όπως λέμε.
Δηλαδή, δεν διαστέλλονται και συστέλλονται με τον ίδιο τρόπο...
στην ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας.
Πλησιάζω στο κερί.
Θερμαίνεται και βλέπουμε ότι...
καμπυλώνεται.
Και μάλιστα στρίβει προς τη μεριά που είναι το υλικό που διαστέλλεται λιγότερο,
σε σχέση με το υλικό που είναι απ' την απέξω πλευρά.
Τι θα συμβεί αν το αφήσουμε λίγη ώρα να κρυώσει;
Θα επανέλθει στην αρχική του μορφή.
Για να εξηγήσουμε τώρα τα καλώδια της ΔΕΗ που είδαμε στην αρχή,
γιατί είναι τεντωμένα κάποιες μέρες τον χρόνο...
και καμπυλωμένα κάποιες άλλες.
Πότε είναι περισσότερο τεντωμένα, το χειμώνα ή το καλοκαίρι;
Τώρα μπορούμε να απαντήσουμε ότι...
(Η δασκάλα διαβάζει το Α' μέρος της διαφάνειας)
Επίσης μπορούμε να εξηγήσουμε και τη φωτογραφία με το τρένο.
Είναι από ένα ατύχημα που συνέβη στην Ιταλία.
Στράβωσαν οι γραμμές του τρένου οι μεταλλικές λόγω διαστολής,
επειδή είχε πολύ μεγάλη θερμοκρασία.
Και για να δούμε για τη γέφυρα!
Γιατί χρειάζονται αυτοί οι κύλινδροι από ατσάλι στη βάση,
σε εκείνο το σημείο της γέφυρας;
Είναι έτσι ώστε όταν έχει πολλή ζέστη και διαστέλλεται η γέφυρα, να μην καταστρέφεται.
Μόνο όμως στα στερεά συμβαίνει διαστολή και συστολή; Ή και στα υγρά;
Για να δούμε. Το βιβλίο σας έχει μία εικόνα...
από ένα σύστημα αυτόματης πυρόσβεσης,
που αποτελείται από μία κόκκινη αμπούλα από λεπτό γυαλί...
και μέσα περιέχει ένα υγρό και φράζει το στόμιο...
απ' το οποίο βγαίνει το νερό που θέλουμε να σβήσει τη φωτιά.
Όταν ξεσπάει η πυρκαγιά ανεβαίνει η θερμοκρασία και αυτή η αμπούλα σπάει.
Και έτσι απελευθερώνεται το νερό ή το πυροσβεστικό υγρό, για να σβήσει τη φωτιά.
Γιατί όμως αυτή η αμπούλα σπάει όταν αυξηθεί η θερμοκρασία;
Θα το διαπιστώσουμε και αυτό με πειράματα.
Θα χρειαστούμε ένα μπουκάλι με νερό,
που έχουμε βάλει χρώμα για να είναι πιο εύκολο να το δούμε.
Και στο καπάκι έχουμε κάνει μία τρύπα και έχουμε προσαρμόσει ένα καλαμάκι.
Τι θα κάνουμε στη συνέχεια;
Για να δούμε το πείραμα!
Ρίχνουμε ζεστό νερό στο δοχείο που έχουμε τοποθετήσει το μπουκάλι με το καλαμάκι.
Και παρατηρούμε τι θα συμβεί.
Βλέπουμε ότι η στάθμη του νερού μέσα στο καλαμάκι,
που αρχικά ήταν κάπου εδώ,
τώρα αρχίζει και ανεβαίνει.
Για παρατηρήστε το!
Η στάθμη συνεχίζει κι ανεβαίνει.
Όσο δηλαδή θερμαίνεται το υγρό μέσα στο μπουκάλι,
διαστέλλεται και η στάθμη του νερού στο καλαμάκι ανεβαίνει.
Και θα συνεχίσει να ανεβαίνει αρκετή ώρα.
Τι θα γίνει όμως αν πάρουμε το μπουκάλι με το καλαμάκι...
και το βυθίσουμε σε κρύο νερό; Νερό με παγάκια εδώ.
Εδώ είναι η στάθμη του νερού.
Και αρχίζει σιγά - σιγά όπως θα δείτε και κατεβαίνει.
Για παρατηρήστε το.
Σιγά - σιγά έχει ήδη κατέβει αρκετά.
Κι αν μείνει πολλή ώρα μέσα στο κρύο νερό,
θα κατέβει μέχρι το αρχικό σημείο.
(Η δασκάλα διαβάζει την "Παρατήρηση" της διαφάνειας)
(Η δασκάλα διαβάζει το "Συμπέρασμα" της διαφάνειας)
Για να δούμε εφαρμογές αυτού του φαινομένου.
Τώρα μπορούμε να εξηγήσουμε τι συμβαίνει με την αμπούλα στο σύστημα πυρόσβεσης.
Όταν ξεσπά πυρκαγιά, η θερμοκρασία αυξάνεται...
και το υγρό στην αμπούλα διαστέλλεται.
Σπάει το γυαλί, που είπαμε είναι λεπτό γυαλί,
κι έτσι απελευθερώνεται η παροχή του νερού για να σβήσει τη φωτιά.
Για σκεφτείτε λίγο. Σας θυμίζει κάτι αυτό το μπουκάλι με το καλαμάκι,
που έχουμε κάνει στο σχολείο;
Για θυμηθείτε ένα θερμόμετρο!
Έχουν κάποια ομοιότητα;
Βεβαίως. Και τα δύο έχουν ένα σωληνάκι...
στο οποίο μπορεί να ανεβοκατεβαίνει, ανάλογα με τη θερμοκρασία, το υγρό.
Και στο μπουκάλι με το καλαμάκι και στο θερμόμετρο,
όταν θερμαίνεται, ανεβαίνει η στάθμη του υγρού στο καλαμάκι...
ή μέσα στο σωληνάκι του θερμόμετρου.
Και όταν ψύχεται κατεβαίνει.
Έχουμε λοιπόν ομοιότητες.
Κι άλλη μια ερώτηση:
Γιατί το καλοκαίρι δεν γεμίζουμε τα βυτία μέχρι πάνω; Με υγρό εννοείται.
Τα βυτία μεταφέρουν υγρά.
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
Και με τα αέρια, θα ρωτήσει κανείς, τι γίνεται; Διαστέλλονται και συστέλλονται κι αυτά;
Για να δούμε με πειράματα!
Πριν όμως να σκεφτούμε πώς μπορούμε να...
διορθώσουμε, επανορθώσουμε ένα μπαλάκι του πινγκ - πονγκ,
που έχει τσαλακωθεί χωρίς να έχει τρυπήσει όμως.
Ή πώς μπορώ να ανοίξω το καπάκι από ένα βάζο που έχει κολλήσει.
Θα δοκιμάσουμε με πειράματα...
που θα μας βοηθήσουν να απαντήσουμε αυτά τα ερωτήματα.
Θα χρησιμοποιήσουμε μία λεκάνη με ζεστό νερό.
Και θα τοποθετήσουμε μέσα ένα μπουκάλι,
στο στόμιο του οποίου έχουμε βάλει ένα μπαλόνι.
Το μπουκάλι δεν έχει μέσα νερό, έχει μόνο αέρα.
Το τοποθετούμε λοιπόν μέσα στο ζεστό νερό.
Και παρακολουθούμε τι θα συμβεί. Για προσέξτε!
Ο αέρας μέσα στο μπουκάλι και στο μπαλόνι θερμαίνεται.
Διαστέλλεται.
Και έχει ως αποτέλεσμα να φουσκώσει το μπαλόνι.
Όσο περνάει η ώρα, τόσο θα φουσκώνει το μπαλόνι.
Για να περιμένουμε λίγο ακόμα!
Ο αέρας, είπαμε, διαστέλλεται.
Για να ρίξουμε λίγο ακόμα ζεστό νερό!
Και βλέπουμε ότι το μπαλώνει φούσκωσε.
Αν το αφήσουμε θα φουσκώσει κι άλλο,
γιατί διαστέλλεται ο αέρας μέσα στο μπουκάλι και στο μπαλόνι.
Θα το πάμε όμως στη δίπλα λεκάνη που έχουμε κρύο νερό...
και θα δούμε τι συμβαίνει όταν ψύχεται.
Όταν λοιπόν αποβάλλει θερμότητα.
Εδώ βλέπουμε ότι ήδη έχει αρχίσει και συστέλλεται ο αέρας...
μέσα στο μπαλόνι και στο μπουκάλι,
κι αν περάσει λίγη ώρα θα δούμε ότι επανέρχεται στην αρχική του μορφή.
(Η δασκάλα διαβάζει το "Συμπέρασμα" από τη διαφάνεια)
Τώρα μπορούμε να εξηγήσουμε πώς μπορούμε να επαναφέρουμε...
ένα μπαλάκι του πινγκ - πονγκ που έχει τσαλακωθεί αλλά δεν έχει τρυπήσει.
Θα το ρίξουμε μέσα σε πολύ ζεστό νερό...
κι έτσι ο αέρας μέσα στο μπαλάκι θα διασταλεί και θα αποκτήσει το αρχικό του σχήμα.
Και πώς μπορούμε να ανοίξουμε το καπάκι από ένα βάζο που έχει κολλήσει;
Βυθίζουμε το βάζο σε ένα δοχείο με πολύ ζεστό νερό...
και ο αέρας στο πάνω μέρος του δοχείου διαστέλλεται...
και σπρώχνει το καπάκι προς τα έξω.
Βέβαια διαστέλλεται και το καπάκι, που είναι μεταλλικό συνήθως,
και το γυάλινο βάζο - αλλά επειδή και το καπάκι διαστέλλεται περισσότερο,
βοηθάνε όλα αυτά στο να ανοίξει το καπάκι. Είναι μία σίγουρη μέθοδος.
Για να συνοψίσουμε τα συμπεράσματά μας!
(Η δασκάλα διαβάζει την πρώτη κουκκίδα)
(Η δασκάλα διαβάζει τη δεύτερη κουκκίδα)
(Η δασκάλα διαβάζει την τρίτη κουκκίδα)
Υπάρχουν βέβαια και εξαιρέσεις,
όπως το νερό σε συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών που, αντί να συστέλλεται, διαστέλλεται...
στην κατάσταση του πάγου.
(Η δασκάλα διαβάζει την τέταρτη κουκκίδα)
Πώς όμως εξηγείται αυτό;
Με βάση τον μικρόκοσμο ξέρουμε ότι και τα στερεά και τα υγρά και τα αέρια σώματα...
αποτελούνται από σωματίδια που κινούνται συνεχώς και τυχαία,
προς όλες τις κατευθύνσεις.
Τι συμβαίνει όταν εμείς θερμαίνουμε ένα σώμα είτε είναι στερεό είτε υγρό είτε αέριο;
Όταν σε ένα στερεό σώμα προσφέρεται θερμότητα...
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
Για να δούμε μία σχετική προσομοίωση!
Βλέπουμε ότι όταν αυξάνουμε την θερμοκρασία,
αυξάνεται η ταχύτητα στις κινήσεις των σωματιδίων και οι αποστάσεις μεταξύ τους.
Κι ακόμη περισσότερο όταν αυξήσουμε κι άλλο τη θερμοκρασία.
Μακροσκοπικά εμείς αυτό, το βλέπουμε σαν διαστολή του σώματος.
Και θα μου πείτε λοιπόν, γιατί μας χρειάζεται να τα ξέρουμε όλα αυτά;
Πού εφαρμόζονται στη ζωή μας;
Κι όμως πολλές καταστάσεις γύρω μας...
είναι εφαρμογές της διαστολής και συστολής.
Για παράδειγμα, στην οικοδομή...
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
(Η δασκάλα διαβάζει τη διαφάνεια)
Μάθαμε λοιπόν τι συμβαίνει όταν θερμαίνουμε ή ψύχουμε...
στερεά, υγρά και αέρια σώματα.
Και μπορείτε να αναζητήσετε κι άλλες εφαρμογές γύρω σας.
Και θα κλείσουμε με ένα παιχνίδι.
Τώρα μπορείτε μόνοι σας να το εξηγήσετε,
αφού μάθατε τόσα πράγματα.
Έχουμε ένα δοχείο που μέσα έχει ένα υγρό.
Δεν είναι νερό χρωματισμένο.
Είπαμε ότι τα υγρά δεν διαστέλλονται ή συστέλλονται με τον ίδιο τρόπο,
στην ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας.
Είναι λοιπόν ένα άλλο υγρό που διαστέλλεται πιο εύκολα.
Και δείτε τι θα συμβεί αν εγώ τρίψω τα χέρια μου,
δηλαδή ζεσταίνω τα χέρια μου με τριβή...
και αγκαλιάσω το κάτω μέρος του δοχείου.
Για παρατηρήστε!
Όλο το υγρό ανέβηκε προς τα πάνω.
Και μπορείτε να το εξηγήσετε με βάση αυτά που μάθαμε σήμερα,
όπως και να αναζητήσετε κι άλλες εφαρμογές γύρω σας της διαστολής και συστολής...
των υλικών σωμάτων,
να κάνετε υποθέσεις, να πειραματιστείτε και να καταλήξετε στα συμπεράσματά σας,
όπως ακριβώς και οι επιστήμονες.
Καλή συνέχεια!
