Αυγά Kinder και φυσική; Teach article

Μεταφρασμένο από τον Κωνσταντίνο Μιχαλοδημητράκη Αυτά τα απλά πειράματα φυσικής προσθέτουν μια επιπλέον έκπληξη στα σοκολατένια αυγά Kinder Έκπληξη.

Πιθανόν ο περισσότερος κόσμος έχει δει σοκολατένια αυγά Kinder Έκπληξη (Kinder Surprise®). Αυτά τα κούφια σοκολατένια αυγά περιέχουν μία έκπληξη, με την μορφή ενός μικρού παιχνιδιού, κρυμμένη μέσα σε ένα πλαστικό κουτάκι που έχει σχήμα αυγού. Όμως, δεν συνειδητοποιούν όλοι ότι τα εσωτερικά κουτάκια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε απλά πειράματα φυσικής.

Τα πειράματα που παρουσιάζονται εδώ, τα οποία είναι εύκολο και γρήγορο να γίνουν και απαιτούν υλικά που μπορείς να βρεις εύκολα, προκαλούν τους μαθητές να προβλέψουν και να εξηγήσουν τα αποτελέσματα. Μπορούν να γίνουν είτε ως επίδειξη από τον δάσκαλο είτε απευθείας από μικρές ομάδες μαθητών. Ανάλογα με το βαθμό των εξηγήσεων που δίνονται, οι ασκήσεις μπορούν να γίνουν από μικρά παιδιά εφτά ετών μέχρι και μεγαλύτερα έως την ηλικία των δεκαέξι ετών.

Ένα παιχνίδι ισορροπίας

Το σχήμα του πλαστικού αυγού μπορεί να αξιοποιηθεί για την δημιουργία ενός πολύ γνωστού παιχνιδιού, μία κούκλα ισορροπίας.

Υλικά

• Το πλαστικό αυγό από ένα αυγό Kinder.
• Πλαστελίνη ή οποιοδήποτε άλλο παρόμοιο υλικό.
• Ένα μικρό και βαρύ αντικείμενο όπως ένα μεταλλικό παξιμάδι ή ένας μικρός μαγνήτης.
• Προαιρετικά: μολύβια και αυτοκόλλητα για να διακοσμηθεί το αυγό.

Διαδικασία

1. Χρησιμοποιήστε την πλαστελίνη για να στερεώσετε το βαρύ αντικείμενο στον πάτο του πλαστικού αυγού.
2. Κλείστε το αυγό.
3. Διακοσμήστε το εξωτερικό του αυγού (προαιρετικό).

Σπρώξτε το αυγό: θα πρέπει να επανέρχεται εύκολα από μόνο του στην αρχική θέση γιατί το κέντρο βάρους του έχει κατεβεί εξαιτίας του παραπανήσιου βάρους.

Μία επίδειξη της άνωσης

Δείξτε πώς εξαρτάται η συμπεριφορά των αυγών ως προς το να επιπλέουν από την πυκνότητά τους.

Υλικά

• 3 πλαστικά αυγά από αυγά Kinder.
• Ένα μεγάλο μπολ με νερό.
• Διάλυμα αλατιού (NaCl, τουλάχιστον 3% βάρος κατ’ όγκο).

Διαδικασία

1. Γεμίστε ένα πλαστικό αυγό με νερό (για να το γεμίσετε, βυθίστε το ανοιχτό αυγό σε νερό και κλείστε το μέσα στο νερό.
2. Γεμίστε ένα άλλο αυγό με το διάλυμα του αλατιού.
3. Αφήστε άδειο το τρίτο αυγό, δηλαδή στην ουσία γεμάτο με αέρα.
4. Τοποθετήστε τα τρία αυγά στο μπολ με το νερό και παρατηρήστε την συμπεριφορά τους.

Ένα αυγό θα επιπλέει στην επιφάνεια του νερού, ένα θα παραμένει λίγο πιο κάτω από αυτό το επίπεδο και το άλλο θα βυθιστεί στον πάτο. Παρουσιάστε στους μαθητές αυτό το πείραμα σαν ένα πρόβλημα μυστηρίου – η δουλειά τους θα είναι να εξηγήσουν την διαφορετική συμπεριφορά των αυγών (σχήμα 3). Οι μαθητές μπορούν να κάνουν περισσότερη έρευνα τοποθετώντας διαφορετικό αριθμό από μικρά κέρματα μέσα στα αυγά και να καταγράφουν το βάθος στο οποίο αιωρούνται.

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Καθώς θα λύνουν οι μαθητές το μυστήριο, σύντομα θα διαπιστώσουν ότι τα αυγά έχουν διαφορετικό βάρος και επομένως διαφορετική μάζα. Από την στιγμή που ο όγκος των αυγών είναι ο ίδιος, θα πρέπει να προκαλεί την διαφορετική συμπεριφορά η πυκνότητα. Την υψηλότερη πυκνότητα έχει το βαρύτερο αυγό (αυτό που είναι γεμάτο με αλατούχο νερό) και επειδή η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη από αυτή του νερού στο δοχείο, το αυγό βυθίζεται στον πάτο. Το αυγό που είναι γεμάτο με νερό έχει περίπου την ίδια πυκνότητα με το νερό, οπότε παραμένει ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του νερού (με το πλαστικό κουτάκι να είναι τόσο ελαφρύ όσο χρειάζεται για να το κρατήσει εκεί). Τέλος, το αυγό που είναι γεμάτο με αέρα έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, οπότε επιπλέει στο νερό.

Η μυστηριώδης κίνηση ενός αυγού Kinder

Προβληματίστε τους μαθητές σας με την επίδραση της τριβής μέσα στο αυγό.

Υλικά

• Το πλαστικό αυγό από ένα αυγό Kinder.
• Μία λεπτή κλωστή από βαμβάκι ή νάιλον.
• Ένα ατσάλινο μπαλάκι με μια τρύπα (ή ένα παξιμάδι).
• Ένα μπαλάκι από ξύλο ή φελλό με μια τρύπα.
• Ένα κοντό κομμάτι από λυγισμένη μάνικα ή ένα καλαμάκι που λυγίζει, λίγο μακρύτερο από το πλαστικό αυγό.
• Ένα ψαλίδι ή ένα άλλο αιχμηρό αντικείμενο για να τρυπήσει το πλαστικό αυγό.

Διαδικασία

Για να προετοιμάσετε το πείραμα:

1. Ανοίξτε τρύπες καί στα δύο άκρα του πλαστικού αυγού.
2. Περάστε την κλωστή από το ένα άκρο, μέσα από την λυγισμένη μάνικα ή το λυγισμένο καλαμάκι και μετά μέσα από την άλλη τρύπα (σχήμα 4).
3. Κλείστε το αυγό.
4. Δέστε το ατσάλινο μπαλάκι (ή το παξιμάδι) στην μία άκρη της κλωστής και το μπαλάκι από ξύλο ή φελλό στην άλλη άκρη.

Εκτέλεση του πειράματος:

1. Ζητήστε από τους μαθητές σας να κρατήσουν το ατσάλινο μπαλάκι στο χέρι τους και να αφήσουν το αυγό να κρέμεται.
   • Το αυγό γλιστράει πάνω στην κλωστή προς τα κάτω προς το μπαλάκι από ξύλο ή φελλό (σχήμα 5Α).
2. Μετά θα πρέπει οι μαθητές σας να επαναλάβουν το πείραμα, αλλάζοντας την θέση από τα μπαλάκια έτσι ώστε να κρατούν το μπαλάκι από ξύλο ή φελλό.
   • Αυτή τη φορά το αυγό δεν κινείται προς τα κάτω αλλά παραμένει σε μία σταθερή θέση πάνω στην κλωστή (σχήμα 5Β).
3. Ρωτήστε τους μαθητές σας να εξηγήσουν αυτό που παρατηρούν. Τι συμβαίνει μέσα στο αυγό;

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Όταν το ελαφρύ μπαλάκι από ξύλο η φελλό κρέμεται κάτω από το αυγό, η κλωστή δεν βρίσκεται κάτω από υψηλή τάση και υπάρχει πολύ λίγη τριβή μεταξύ της κλωστής και της μάνικας (σχήμα 4Β), οπότε το αυγό μπορεί να κινηθεί εύκολα. Εάν γυρίσουμε όλο το σύστημα ανάποδα, η κλωστή βρίσκεται υπό αρκετά σημαντική τάση και πιέζει πάνω στην γωνία της λυγισμένης μάνικας (σχήμα 4Β)· αυτό αυξάνει σημαντικά την δύναμη της τριβής έτσι ώστε να μην μπορεί να κινηθεί πια το αυγό.

Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί με άλλους τρόπους και μπορεί να είναι ενδιαφέρον να ζητήσετε από τους μαθητές σας να τους ανακαλύψουν: να δημιουργήσουν την ίδια προκύπτουσα συμπεριφορά με μία διαφορετική μέθοδο.

Αντίθετα στο ρεύμα

Δείξτε πώς μία διαφορά στην πίεση κάνει το πλαστικό αυγό να επιπλέει αντίθετα προς την ροή του νερού.

Υλικά

• Ένα πλαστικό αυγό από ένα αυγό Kinder.
• Έναν μακρύ διάφανο σωλήνα του οποίου το ένα άκρο είναι κλειστό, π.χ. ένας ογκομετρικός κύλινδρος. Η διάμετρός του θα πρέπει να είναι λίγο μεγαλύτερη από το πλαστικό αυγό.
• Νερό.

Διαδικασία

1. Τοποθετήστε το άδειο αυγό στον σωλήνα έτσι ώστε να πέσει στον πάτο.
2. Αρχίστε να ρίχνετε νερό μέσα στον σωλήνα.
   • Το αυγό ανεβαίνει προς το πάνω μέρος του σωλήνα.
3. Γεμίστε εντελώς τον σωλήνα με νερό, κλείστε το πάνω μέρος με το χέρι σας και αναποδογυρίστε τον σωλήνα.
4. Κρατήστε τον σωλήνα στην αναποδογυρισμένη θέση και πάρετε το χέρι σας, έτσι ώστε να μπορεί να χυθεί το νερό.
   • Αντί να πέσει από τον σωλήνα, το αυγό επιπλέει στην επιφάνεια του νερού (σχήμα 6).

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Όταν το σύστημα είναι ανάποδα, το νερό αρχίζει να ρέει γύρω από το αυγό, προσκολλώντας στην επιφάνεια καθώς πέφτει. Έτσι το αυγό ουσιαστικά είναι περικυκλωμένο από νερό. Κάτω από το αυγό υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση· πάνω από το αυγό η πίεση μειώνεται κατά μία ποσότητα νερού ισοδύναμη με το ύψος του αυγού. Έτσι το αυγό υφίσταται μία ώθηση προς τα πάνω που είναι ισοδύναμη με αυτή την διαφορά πίεσης. Για να το πούμε αλλιώς, επειδή το νερό περικυκλώνει το αυγό, το αυγό επιπλέει.

Η ισορροπία του αυγού

Δείξτε πώς μετακινώντας το κέντρο βάρους του πλαστικού αυγού αλλάζει την θέση ισορροπίας του.

Υλικά

• Ένα πλαστικό αυγό από ένα αυγό Kinder.
• Έναν μαρκαδόρο με αδιάβροχο μελάνι.
• Περίπου 30 εκατοστά λεπτού σύρματος.
• Ένα μη-απορροφητικό αντικείμενο, του κατάλληλου μεγέθους και σχήματος έτσι ώστε να εφαρμόζει πολύ καλά στην μία άκρη του πλαστικού αυγού και με πυκνότητα μεγαλύτερη από τον αέρα και μικρότερη το νερό (π.χ. διογκωμένο πολυστυρένιο).
• Ένα διαφανές δοχείο με νερό, π.χ. μια κανάτα με διαβαθμίσεις.
• Ψαλίδι ή άλλο αιχμηρό αντικείμενο για να τρυπήσετε το πλαστικό αυγό.
• Νερό.

Διαδικασία

Για να προετοιμάσετε το πείραμα:

1. Σημαδέψτε το κάθε άκρο του αυγού με τον μαρκαδόρο (π.χ. κάντε ένα κύκλο στο ένα άκρο και ένα σταυρό στο άλλο). (Εάν χρησιμοποιείτε το παλιό σχέδιο των αυγών Kinder, δείτε το σχήμα 7, μπορείτε απλώς να χρησιμοποιήστε δύο μισά τμήματα με διαφορετικό χρώμα). 
2. Τρυπήστε καί τις δυο πλευρές στην μέση του πλαστικού αυγού. Τρυπήστε καί τα δύο άκρα του πλαστικού αυγού.
3. Σφηνώστε δυνατά το μη-απορροφητικό αντικείμενο στο ένα μισό του πλαστικού αυγού.
4. Περάστε το σύρμα μάσα από τις τρύπες και γυρίστε τις δύο άκρες έτσι ώστε να σχηματιστεί ένα χερούλι, μετά κλείστε το αυγό.

Για να εκτελέσετε το πείραμα:

1. Κρατώντας το αυγό από το σύρμα, σημειώστε ποιο σημάδι (π.χ. ο κύκλος ή ο σταυρός) είναι από πάνω.
2. Σπρώξτε το αυγό για να αρχίσει να κουνιέται.
   • Το αυγό επιστρέφει στην προηγούμενη θέση του, με το ίδιο σημάδι προς τα επάνω.
3. Βυθίστε το αυγό στην κανάτα με το νερό.
   • Καθώς περνάει το νερό από τις τρύπες στο αυγό, το αυγό αναποδογυρίζεται (σχήμα 8).
4. Αφαιρέστε το αυγό από το νερό.
   • Καθώς το νερό τρέχει έξω από το αυγό, το αυγό επανέρχεται στην αρχική του θέση.

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Στον αέρα, το αυγό βρίσκεται σε μία σταθερή θέση ισορροπίας με το μη-απορροφητικό αντικείμενο στο κάτω άκρο του αυγού: το κέντρο βάρους είναι κάτω από τον άξονα περιστροφής, ο οποίος περνάει από το σημείο περιστροφής. Επομένως όταν το αυγό απομακρύνεται από την θέση ισορροπίας του, η ροπή της δύναμης της βαρύτητας σε σχέση με τον άξονα περιστροφής κάνει το αυγό να επανέλθει στην αρχική του θέση.

Όταν το αυγό είναι βυθισμένο, το νερό εισέρχεται στο αυγό (κάτι που μπορούμε να δούμε από τις φυσαλίδες αέρα που βγαίνουν), αλλά το μη-απορροφητικό αντικείμενο εξασφαλίζει ότι μόνο το πάνω μισό του αυγού μπορεί να γεμίσει με νερό. Καθώς το πάνω μισό γίνεται βαρύτερο από το κάτω, η θέση του κέντρου βάρους μετατοπίζεται και το αυγό περιστρέφεται έτσι ώστε να βρεθεί ξανά το κέντρο βάτους κάτω από τον άξονα περιστροφής.

Ο καλλιτέχνης του τσίρκου αυγό-Kinder

Μπορούν να ανακαλύψουν οι μαθητές σας τι κάνει το πλαστικό αυγό να κάνει τούμπες;

Υλικά

• Ένα πλαστικό αυγό Kinder, για κάθε ομάδα μαθητών.
• Μία σειρά αντικειμένων διαφορετικού σχήματος (συμπεριλαμβάνοντας μπαλάκια), μεγέθους και βάρους τα οποία είναι αρκετά μικρά ώστε να χωρούν μέσα στο πλαστικό αυγό.
• Ένα κεκλιμένο επίπεδο.

Διαδικασία

1. Τοποθετήστε το προετοιμασμένο πλαστικό αυγό στο κεκλιμένο επίπεδο και παρακολουθήστε την έκπληξη των μαθητών σας: αντί απλά να κατρακυλήσει στην κατηφόρα, το αυγό γυρνάει μία με την μία άκρη και μία με την άλλη, κάνοντας τούμπες όπως ένας καλλιτέχνης τσίρκου!
2. Δώστε σε κάθε ομάδα μαθητών ένα πλαστικό αυγό και ζητήστε τους να αναπαράγουν την συμπεριφορά του αυγού που τους δείξατε.
   • Δώστε σε κάθε ομάδα μαθητών ένα πλαστικό αυγό και ζητήστε τους να αναπαράγουν την συμπεριφορά του αυγού που τους δείξατε.

Κουνώντας και γυρνώντας το «μαύρο κουτί», οι μαθητές θα καταλάβουν ότι υπάρχει ένα στρογγυλό αντικείμενο μέσα στο αυγό. Βάζοντας διαφορετικά μπαλάκια σε ένα άδειο αυγό, θα βρουν ένα μπαλάκι με το κατάλληλο μέγεθος και βάρος για να κάνει το αυγό να κάνει τούμπες. Μετά θα πρέπει να μπορούν να εξηγήσουν την συμπεριφορά.

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Όταν τοποθετείται το αυγό στο κεκλιμένο επίπεδο, το μπαλάκι που είναι μέσα του, ως συνέπεια της βαρύτητας, θα κυλήσει στο στρογγυλεμένο άκρο του αυγού. Αυτό κάνει να σηκωθεί προς τα πάνω το πάνω μισό του αυγού και το ολόκληρο αυγό (ο καλλιτέχνης του τσίρκου) να αναποδογυρίσει. Το μπαλάκι μέσα στο αυγό θα ξανακυλίσει προς τα κάτω, κάνοντας το αυγό να συνεχίσει τις τούμπες.

Οι ιδέες σας;

Ελπίζουμε ότι οι προτάσεις μας σας έχουν δώσει μερικές ιδέες για δικά σας πειράματα. Γιατί να μην αφήσετε ένα σχόλιο στην διαδικτυακή μορφή του άρθρου, λέγοντας πώς χρησιμοποιήσατε τις δικές σας ιδέες και ποια άλλα πειράματα δοκιμάσατε; Πήγαν καλά; Τι θα μπορούσε να έχει βελτιωθεί;

Ευχαριστίες

Το άρθρο αυτό είναι προσαρμογή του αρχικού άρθρου στο Physics Education (Onderová & Featonby, 2015).

Download

Download this article as a PDF