Projekty naukowe dotyczące tego, jak gorąca i zimna woda zmienia balon, pozwalają uczniom badać koncepcje gęstości materii, ciśnienia powietrza i napięcia powierzchniowego. Kiedy balon jest wystawiony na działanie ciepła lub zimna, gaz wewnątrz gumy albo się rozszerza, albo kurczy. Zmiana rozmiaru balonu staje się wizualnym miernikiem zmiany ciśnienia powietrza. Dodanie do eksperymentu ciepłej i zimnej wody umożliwia również uczniom poznanie właściwości płynów.
Ciśnienie powietrza
Zbadaj ciśnienie powietrza w prostym eksperymencie z jednym balonem, butelką i garnkiem gorącej wody. Napompuj balon, ale nie zawiąż go. Naciągnij go na ujście pustej butelki. Butelkę wstawić do rondla wypełnionego gorącą wodą. Pozostaw ten eksperyment w spokoju na kilka minut i wróć, aby zaobserwować zmianę rozmiaru balonu. Zwróć uwagę, że gorące powietrze wewnątrz butelki przeniosło się do balonu, powodując wzrost temperatury gazu wewnątrz balonu. Obserwuj, jak podgrzane cząsteczki gazu odpychają się od siebie, zmuszając balon do rozszerzenia.
Rozprężanie i kurczenie się powietrza
Zmierz zmiany rozmiaru balonu po wystawieniu na działanie gorących i zimnych środowisk. Zbierz trzy identyczne balony, termometr i taśmę mierniczą. Napompuj balony. Zmierz temperaturę pokojową, a następnie zmierz obwód balonów. Weź pod uwagę, że woda może zamienić się w gaz lub ciało stałe w zależności od temperatury. Użyj prysznica w małej łazience, aby stworzyć środowisko wypełnione parą. Zmierz temperaturę w łazience i umieść trzy balony w gorącym powietrzu. Poczekaj około 10 minut lub aż zauważysz, że balony się rozszerzają. Zmierz ich obwody. Przywróć balony do temperatury pokojowej, co powinno zająć około 20 minut. Zmierz temperaturę dużej lodówki. Umieść balony w mroźnym powietrzu. Odczekaj 10 minut, zdejmij balony, a następnie zmierz ich obwód. Zastanów się, jak gorące powietrze zajmuje więcej miejsca niż zimne powietrze, biorąc pod uwagę zmiany w wielkości balonu umieszczonego w środowisku o różnych temperaturach.
Mieszanie ciepłej i zimnej wody
Zbadaj, co dzieje się z balonem po zmieszaniu gorącej i zimnej wody. Zbierz dwa wąskie słoiki i plastikową kartę, którą można wsunąć między słoiki, aby zapobiec przeciekaniu wody z jednego słoika do drugiego. Wlej gorącą wodę do jednego słoika, a zimną do drugiego. Umieść kartę nad otworem gorącego słoika i odwróć słoik nad zimnym, a następnie szybko wysuń kartę. Przyklej balon do ust zimnego słoika. Zmierz obwód balonika, gdy osiągnie on maksymalną średnicę. Powtórz eksperyment; jednak słoik z zimną wodą odwróć nad gorącą. Obserwuj różnicę w wielkości dwóch balonów, nawet jeśli używasz tej samej ilości gorącej i zimnej wody. Wyjaśnij, w jaki sposób zmiana procedury powoduje zmianę temperatury powierzchni wody, co wpływa na wielkość balonu.
Fronty gorące i zimne
Używaj balonów oraz ciepłej i zimnej wody, aby badać zdarzenia pogodowe, na przykład kiedy ciepły front spotyka się z zimnym frontem. Zbierz dwa słoiki i barwnik spożywczy. Wlej gorącą wodę do jednego słoika, a zimną do drugiego. Użyj barwnika spożywczego, aby oznaczyć słoiki, a następnie połącz zawartość słoików w misce. Obserwuj i zapisuj, jak miesza się ta sama ciecz w dwóch różnych temperaturach. Zbierz dwa balony. Napełnij jedną zimną wodą, a drugą gorącą wodą. Narysuj gorącą kąpiel. Umieść balony z wodą w wannie i obserwuj, jak się poruszają. Obserwuj, jak balony odpychają się nawzajem jak olej i woda. Zastanów się, jak zimny balon tonie z powodu większej gęstości.