Kuinka opettaa kelluvuutta koululaisille

Suurin osa lapsista voi nopeasti tunnistaa kelluvat tai uppoavat esineet, mutta kelluvuuteen opettaminen edellyttää paljon enemmän kuin kelluvia esineitä vesikulhossa. Voi olla hankalaa opettaa veden syrjäytymisen, tiheyden, pinta-alan ja tilavuuden suhdetta. Käytännön aktiviteetit ja todelliset esimerkit voivat auttaa.

Esineet kelluvat, koska ne työntyvät eteenpäin voimalla, joka on yhtä suuri kuin syrjäytetyn veden paino. Siksi kelluvuuden opettamisen lähtökohtana on auttaa opiskelijoita ymmärtämään veden syrjäyttämistä. Kysy oppilailta, mitä tapahtuu, kun jotain laitetaan veteen. Se kelluu tai uppoaa, mutta jotain tapahtuu myös vedelle. Kerro opiskelijalle, että esine ja vesi eivät voi olla samassa tilassa; esine työntää veden syrjään. Tätä kutsutaan siirtymäksi. Näytä heille, miten tämä toimii täyttämällä kulho vettä melkein reunaan saakka ja asettamalla sitten jotain veteen. Veteen asetettavan esineen tulisi olla riittävän suuri työntämään vettä kulhon reunojen yli.

Selitä seuraavaksi, että kelluvat esineet ovat vähemmän tiheitä kuin vesi, jonka ne työntivät sivuun. Tiheissä kohteissa on yleensä enemmän molekyylejä, jotka ovat tungosta lähellä toisiaan. Esineet ja vesi voivat tulla tiheämmiksi tai vähemmän tiheiksi, jos molekyylejä tai lämpöä lisätään tai otetaan pois. Näytä opiskelijoille selkeä lasikulho tai kuppi. Täytä astia vesijohtovedellä ja pyydä oppilaita ennustamaan kelluu tai uppoako muna veteen. Aseta muna varovasti veteen, ja sen pitäisi upota. Selitä, että muna on tiheämpi kuin sen siirtämä vesi. Lisää sitten suolaa veteen. Selitä oppilaille, että lisäät molekyylejä veteen, mikä tekee siitä tiheämpää. Lisäämäsi määrä vaihtelee astian mukaan, mutta älä ole niukka; veden tulisi olla melko sameaa suolan kanssa. Lisää sitten muna uudelleen. Sen pitäisi kellua. Selitä, että koska olet lisännyt molekyylejä veteen, muna kelluu, koska se on nyt vähemmän tiheä kuin vesi.

Kysy melkein mille tahansa opiskelijalle, hän kertoo sinulle, että raskaat asiat uppoavat ja kevyet kelluvat. Vaikka näin on usein, se ei kuvaa riittävästi kelluvuuden toimintaa. Loppujen lopuksi kelluvat suuret, raskaat alukset ja valtavat jäävuoret. Kysy oppilailta, mikä tuntuu raskaammalta: omena tai paperiliitin. Pyydä heitä sitten ennustamaan, kumpi uppoaa ja mikä kelluu. Opiskelijat yllättyvät nähdessään omenan kelluvan ja paperiliittimen uppoavan. Selitä, että omena kelluu, koska siinä on suurempi ilmamäärä kuin paperiliittimellä, vaikka se onkin painavampi. Selitä, että tilavuus on kohteen täyttämän tai käyttämän tilan määrä. Rantapallo vie saman tilan kuin keilapallo, joten niillä on sama tilavuus, mutta rantapallo kelluu, koska sen tilavuus on pääosin ilmaa. Alukset ovat painavia, mutta niiden rungoissa on ilmaa, joka antaa mahdollisuuden kellua. Esineet, joissa on paljon ilmaa tai avointa tilaa, kelluvat yleensä. Ne ovat myös yleensä - mutta eivät aina - kevyitä, minkä vuoksi kevyillä esineillä on taipumus kellua ja painavilla esineillä on taipumus uppoaa.

Kelluvuus on voima, joka työntää esineitä ylöspäin, ja mitä enemmän pintaa alueella esineellä on voiman työntämiseen, sitä suuremmat mahdollisuudet se kelluu ja sitä enemmän painoa sillä on. Lisäksi enemmän vettä siirtyy, kun kohteen pinta-ala on suuri. Näytä oppilaille kaksi matalaa korkkia - toisen on oltava leveä, kuten hapankermaa sisältävän astian kansi, ja toisen tulisi olla pieni, kuten vesipullon kansi. Kelluta pieni kansi kulhossa vettä ja pino penniä siihen, kunnes se uppoaa. Pyydä oppilaita ennustamaan, uppoako sama määrä pennejä laajemman kannen vai ei, ja pyydä heitä perustelemaan ennusteensa. Laita sitten sama määrä pennejä leveämmälle kannelle. Selitä, että kannen suurempi pinta-ala antaa sen jatkaa kellumista.